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表现于岩体完整性较差 、局部破碎，施工中部分地段 可能会发生坍塌 、掉块及突水 。 3 3. 1 数值模拟
模型的建立 本模型采用有限元软件 MIDAS GTS 进行二维模 拟分析。根据其围岩性质和设计需要，并考虑开挖影
响的范围选取合理的区域及尺寸建立模型，模型尺寸 为宽 × 高 = 57. 0 m × 34. 5 m，模型上部为既有铁路 。 模型地表为自由边，两侧采用法向变形约束，底部采 用全约束 。初始应力场仅考虑土体自重应力场，不考 虑地层构造应力 。 本模型建模时所采用的地层和材料参数以及隧道 支护参数如表 1 、表 2 。
摘
新建地铁隧道下穿既有铁路时，既要保证隧道的 施工安全又要保证既有铁路的运营安全 。 大量的地铁 降和变形 隧道工程实践表明，城市隧道施工势必会引起地层沉 ［1 ， 2 ］ 。地层移动，一方面在地表引起不均匀
沉降，另一方面直接引起相近结构物的变位，当变位 ［3 ］ 不均匀时还会产生附加应力 。 对于既有铁路来说， 当土体发生沉降时，轨枕的支撑面会随之下沉，轨道 的多支座超静定系统也遭到破坏 。在列车的动荷载作 用下，这些支撑面下沉的轨枕带着轨道产生较大变形 量，导致轨道中应力大大升高 。土体沉降过大时可使 轨道断裂，甚至会造成出轨事故
收稿日期： 2012 － 02 － 14 作者简介： 王 小 林 （ 1963 － ） ，男，陕西蓝田人 。 副教授，硕 士 mail： 生 导 师， 主 要 研 究 方 向 为 地 下 结 构 工 程 。 Elijiwei1126@ 163. com。
王小林，等： 新建隧道下穿施工对既有铁路的影响研究
中等风化 18. 5 粗粒花岗岩 微风化粗 9. 0 粒花岗岩 注浆层 喷射混凝土 锚杆
地层和材料参数
密度 厚度 弹性模量 泊松 粘聚力 摩擦角 侧压 / m / （ g·cm －3 ） / MPa / kPa / （ ° ） 系数 比 1. 6 5. 0 2. 03 2. 30 2. 45 2. 53 2. 45 2. 50 7. 85 7. 5 8. 7 0. 35 0. 24 17 60 2000 8000 24 30 35 40 0. 70 0. 32 0. 18 0. 15
图1 区间隧道与铁路位置关系
工程地质及水文地质概况
区间隧道下穿既有铁路段，表覆第四系全新统人 工堆积层，下伏燕山晚期花岗岩，局部糜棱岩 、 砂土 状碎裂岩及碎裂状花岗岩发育，煌斑岩 、 花岗斑岩岩 脉穿插 。基底稳固，地下水为基岩裂隙水，局部具弱 承压性，富水性贫 － 中等 。 由于本段区间隧道位于破碎带及破碎带影响范围 内，受其影响，岩体风化较强烈，节理发育，花岗斑 岩及煌斑岩脉体的侵入更进一步加剧了岩体的破碎， 形成了相对不均匀的岩石地基 。对暗挖段的影响主要
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路 基 工 程
Subgrade Engineering
2012 年第 6 期 （ 总第 165 期）
新建隧道下穿施工对既有铁路的影响研究
1 1 2 王小林 ，李冀伟 ，刘砚鹏 ，李 1 1 岳 ，寇永照
（ 1. 西安科技大学建筑与土木工程学院，西安 710054 ； 2. 中交水规院京华工程监理有限公司，北京 100101 ）
表1
名称 填土 强风化粗 粒花岗岩
图2
隧道计算模型
3. 2
数值模拟结果及分析 为控制铁路路基沉降量，左、右线隧道采取台阶
法施工 。根据地勘资料对底层进行了仿真建模 。 在隧 道施工过程中，既有铁路是正常运营的，因此，在对 铁路路基竖向变形的分析中，必须考虑车辆荷载的影 响。根据不同的注浆半径模拟所得到的地层竖向变形 结果如下： （ 1 ） 当未采用注浆加固措施时 （ 图 3 ） ，隧道下 穿既有铁 路 所 引 起 的 地 表 最 大 沉 降 量 为 21. 93 mm， 隧道拱顶最大沉降量为 35. 15 mm。
要： 隧道施工时势必会引起周围地层移动，当隧道下穿既有铁路施工时，就会引起既有铁路 路基的不均匀沉降，影响铁路正常运营 。以某新建地铁区间隧道下穿铁路的工程实例为研究对象，利 用 MIDAS GTS 数值模拟软件对施工过程进行模拟分析 。 重点分析了隧道利用半断面深孔注浆时，不 同的注浆半径对地层所起到的加固效果 。在保证施工及运营安全又经济合理的前提下，提出合理的注 浆加固范围 （ 半径） ，并提出保证铁路正常运行的针对性措施 。 关键词： 下穿施工； 沉降； 注浆半径； MIDAS GTS 中图分类号： U455 0 引言 文献标志码： A 文章编号： 1003 － 8825 （ 2012 ） 06 － 0106 － 04 既有铁路是几大城市之间的运输大动脉，是煤炭 运输及沿海众多港口的重要疏港通道 。 新建地铁区间 隧道下穿既有铁路，隧道断面为马蹄形断面，内净空 为 6. 3 m （ 宽） × 6. 6 m （ 高） ，均采用暗挖法施工， 线间距约为 13. 0 m，隧道埋深约 10. 0 m。铁路每日列 车上行 68 列，时速为 95 km / h ，下行 69 列，时速为 90 km / h ； 钢轨 60 kg / m 标准轨，轨枕 ⅢA 型轨枕，弹 条Ⅱ 型扣件，道床为一级道碴 。区间隧道与铁路位置 关系如图 1 。
［ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ］
。本文以某新建地
铁区间隧道下穿某既有铁路的工程实例为研究对象， ［5 ， 6 ］ （ 利用小 为确保线路安全，设计应采用超前支护 导管及大管棚进行超前支护） 。 并且根据地质情况及 工程的重要性，对该隧道半断面进行深孔注浆堵水并 加固地层，浆液选用水泥 － 水玻璃双液浆 。 然而注浆 加固地层的费用较高，所以在保证施工及运营安全又 经济合理的前提下，确定出合理的注浆加固范围就显 得尤为重要 。 本文针对某新建地铁隧道下穿某既有铁路的工程 实例，运用 MIDAS GTS 数值分析软件进行了数值模 拟，研究不同的注浆半径 （ 注浆半径为隧道开挖轮廓 线至注浆边缘的尺寸） ，对地层的注浆加固效果，以 确定合理的注浆加固半径 。 1 工程概况 2