紧邻铁路对隧道开挖影响分析

2023-02-01

深圳地铁5号线深圳北站—民治站区间隧道临近下穿平南铁路, 列车动载对隧道施工有一定的影响, 隧道开挖对铁路的运营也存在影响, 但是动荷载对于隧道影响的分析评价尚未有系统研究。本文采用铁路路基设计规范的换算土柱法, 将列车动荷载简化为静载, 对隧道中线距铁路不同距离断面进行分析, 得出相关结论。

1 工程概况

深圳地铁5号线深圳北站～民治站区间暗挖隧道设计里程DK20+850～DK21+506.8, 左线左线全长739.057m, 右线全长738.131m。区间正线隧道为双线分隔式隧道, 马蹄形断面, 线间距平均22.04m, 隧道拱顶埋深平均13m。拱部设计超前注浆小导管, 边墙设φ22砂浆锚杆, 初期支护为C25网喷混凝土+格栅 (型钢) 钢架, 厚30cm。隧道标准断面见图1, 区间隧道与铁路平面关系见图2。

深民区间临近平南铁路, 左线距平南铁路中线约6m～18m, 右线距平南铁路中线约22m～41m, 铁路轨面距隧道顶12m～15m。为确保平南铁路行车安全, 设计上考虑对该段左线进行全断面注浆加固, 采用上、下台阶开挖, 施工期间加强施工监测和既有线施工安全防护。

2 数值模拟

2.1 模型建立

本文仅分析紧邻平南铁路左线开挖影响, 选取里程DK21+255及DK21+140两个对比断面, 隧道中线距铁路距离分别约为6m、12m。为更好对比铁路和隧道开挖的影响, 忽略两断面埋深及地质条件的细微差别。采用平面应变模型, 为保证边界受隧道开挖的影响可以忽略, 沿模型X方向取70m, 沿Y方向由路面向下取38m。计算网格如图3所示。

2.2 参数确定

土体采用实体单元, 初支采用衬砌单元模拟[3]。岩土体物理力学材料参数选自深圳地铁深民区间地质钻孔勘察报告[4];列车荷载根据铁路路基设计规范换算成等效土柱作用在路基上荷载取为60KPa;适当降低地层参数来补偿开挖过程中的降水影响, 具体参数见表1。

2.3 施工过程模拟

隧道断面较小, 采用上下台阶开挖, 并预留核心土。模拟过程分为五步: (1) 自重应力场下计算初始平衡; (2) 上台阶开挖, 考虑初支施做的时间效应结合实测位移值, 应力释放50%; (3) 施做上台阶初期支护, 应力释放完全释放, 计算平衡; (4) 开挖下台阶, 同样考虑时间效应, 应力释放50%; (5) 施做下台阶初期支护, 应力完全释放, 计算平衡。

3 结果分析

结合实测资料, 对隧道拱顶及铁路沉降进行分析。表2、3分别列出了模拟及实测的沉降值, 图4绘出了各情况下地表沉降曲线。

从表2、3及图4不难看出, 列车荷载对隧道的开挖存在一定的影响, 但是影响不是很大, 并且随着两线间的距离的增大, 影响会越来越小。模拟结果和实测结果的总体趋势是一致的, 模拟结果偏小, 可能原因有二:列车荷载是动载, 本文简化为静载处理, 不一定真实的反应相互影响关系;模拟中没有考虑地下水的影响, 实际开挖过程中存在排水固结。