探究明挖深埋隧道下穿施工对高速铁路桥梁的影响

刘庆楠

（北京铁城建设监理有限责任公司，北京 100855）

随着城市建设的快速发展，越来越多的隧道施工项目需要在地下穿越高速公路、铁路等市政管线，深埋隧道下穿施工是一种较为常见的隧道施工技术，但是深埋隧道施工的过程中，不可避免地会对地表、地下结构产生一定程度的影响，尤其是在地下隧道施工过程中，深埋隧道开挖和回填施工过程中，会导致土体产生一定程度的应力重分布，进而对地表有影响。因此，在地下工程中，如何保证深埋隧道下穿施工对地表及地下结构的影响控制在一定范围内，并在此基础上确保建筑物本身的安全，是一个值得深入探讨和研究的问题。

1 明挖深埋隧道下穿施工的意义

随着我国经济的快速发展，我国交通运输行业也取得了前所未有的进步，高速铁路成为我国主要的交通工具，为了更好地满足人们出行需求，我国铁路线路正在向纵深发展。在修建高铁线路的过程中，不可避免地会出现一些特殊的地段，需要进行特殊处理。明挖深埋隧道下穿施工是隧道施工中经常遇到的一种情况，具有一定的复杂性和危险性。因此，要高度重视明挖深埋隧道下穿施工对高铁桥梁造成的影响，通过采取有效措施来降低风险。明挖深埋隧道下穿施工是指在明挖深埋隧道下穿铁路桥梁施工过程中对其进行保护，使其不受周围环境影响。

2 具体工程概况介绍

本工程是一条双向四车道的高速公路，但是仍然不能满足当前的交通需要，因此，拟进行一项改造，建设一条双向8 车道的高速公路，时速100km/h。这条高速公路在施工的时候，正好和一条高速铁路经过，而这条高速公路的交汇处，是一条还没有被挖掘的水库。从整体上来看，本项目的建设区域具有良好的地质条件，通过调查，查明了该项目的地层以第四系粉砂、白垩纪粉砂岩、圆砾、卵石、砂砾岩和砂岩为主。但是，该隧道穿越高铁段的地层主要为强-中风化的粉砂岩，其强度和强度均较大。

3 探讨高速铁路桥梁改扩建工程施工的要求

本高速公路改扩建项目在总体建设上与高速铁路相比存在一定的差距。虽然这条高铁还在建设中，但是它的建设却已经接近尾声，如果在它的下面开挖一个20.62m 的深基坑，然后进行现浇，将会对高铁的运营安全产生很大的影响。因此，在本次改扩建项目建设中，需要明确内容如下。

（1）在深基坑内实施现浇隧道，会使基坑长期处于裸露状态，很有可能会加大高铁的安全隐患，造成通车后不能正常运营，因此，在本项目的施工中，一定要确保高速公路和高铁的施工同时进行。由于本项目的最大开挖深度达到了20.62m，并且临近高铁桥墩，因此，在施工过程中，必须考虑对高铁桥墩的影响，必须提前对高铁的运营安全进行科学评估，在施工前，先对高铁桩基进行加固，然后再进行开挖。

（2）由于基坑开挖和路基开挖，高铁路基将产生侧向卸荷，并且局部地面将产生隆起，从而导致桥墩的偏移。卸荷太大，难以通过外部载荷达到平衡，需要对邻近桥梁进行卸荷，同时对基坑与高铁桩基进行有效隔离，将卸荷带来的不利影响降到最低。

（3）依据国家现行《城市下越铁路规范》相关规定，要求隧道结构与高速铁路梁桩基之间的最小间距不小于1.0 倍，若不满足要求，则需采用隔离桩对其进行保护。本项目中，隧道宽度为42.8m，而隧道与高铁桥墩之间的距离为4.2m，故采用隔离桩保护高铁桥梁是必要的。

4 探究明挖深埋隧道下穿方案对比与设计

4.1 隧道施工方案的对比

从表1 中可以看出，这两种方法的优劣，因此，本项目应优先采用明挖法。同时，在隧道建设中，采用双通道一横断面，两边设行车孔，每条行车孔的净尺寸为6.65m×18.65m；中部为设备通道，其净宽1.50m，净高6.65m，结构顶板为1.50m。而从轨道桥帽至隧道，则需控制在≥3 m 的范围内，河道底面至隧道顶面的间距为3.57m，其中，基坑基面为36.38m，隧道顶面标高46.43m，基坑底部比435#墩低5.68m，比436#承台底面要低7.56m。

表1 隧道方案对比

4.2 围护结构的对比

经分析，本工程基坑开挖深部为强-中风化粉砂岩，因此，推荐采用钻孔咬合桩和钻孔桩，并辅以止水。钻孔桩是一种比较成熟的技术，适用于各种地质条件下的深基坑工程。应指出，钻孔桩不具备止水作用，因此，在工程实践中，可通过在钻孔桩的外部加设高压旋喷或三轴搅拌桩来实现止水。钻孔咬合桩类似于钻孔桩，它的刚度很大，而且它们是咬合的，因此，它可以起到止水的效果，在工程实践中，它是一种经济有效的方法。钻孔咬合桩止水效果明显，它不受土层情况的影响，也不受地质条件的影响，因此，它对工程具有较强的适用性。在工程实践中，可将钻孔咬合桩和钻孔桩结合起来使用，以发挥其优势。由于本工程中的地质情况较为复杂，因此，在实际施工中，应避免出现问题。

4.3 支撑系统的设计

该项目的支撑体系主要包括内支撑系统和斜拉锚系统，结果表明：（1）钢管支架可反复使用，布置灵活，施工快捷，成本低廉。但是由于其刚度偏低，所以在高铁桥梁地基的变形控制方面比较薄弱。（2）由于RC 支架的刚度很大，因此基坑的变形很小，因此不会对桥梁的地基产生太大的影响，但它的投资和施工时间都比较长。（3）索锚具有刚度小、成本低廉、施工方便、有较大的施工场地等优点，但存在较大的基坑变形，易对高铁桥梁地基的受力产生不利影响。考虑到以上各支护系统的特点，并根据该项目的具体情况，最后决定采取四种支护方式。一支撑采用6m 高的钢筋砼支架，其主要作用是控制基坑的侧向变形，同时对邻近建筑进行防护。第2 ～4 层均采用钢架支承，便于施工。

4.4 高速铁路桥墩基础的保护

因为隧道和一座高铁桥梁435#、436#墩之间的距离很近，因为这座高铁桥梁已经完工，而且这个隧道的基坑很深，因此，在高速铁路桥梁改扩建工程中，应该对高铁桥墩基础进行保护，防止因基坑开挖而改变桥梁桩基受力方式的研究既可采用钻咬式桩支护，又可在435#和436#桥墩的下部结构中，通过运输的方式进行施工。用钻桩围封起来。另外，为有效地防止基坑开挖引起的桥墩周围地下水位的降低，还在桩基的外侧增加了一层。采用60cm 直径的水泥搅拌桩作为止水帷幕，起到止水的作用。

4.5 基坑安全性的计算

在《建筑基坑支护技术规程》的基础上，结合工程的实际情况，将其确定为1 级安全，重要系数1.1，总体稳定安全系数1.35，最大水平位移不超过0.18%，且不超过30mm，基坑底部抗隆起系数为1.8。通过对该隧道的计算和分析，得到了基坑的总体稳定安全系数为4.14、最大的水平位移和最大的沉降量分别为6.9mm 和4.42。

5 深埋明挖隧道对高速铁路的作用模拟研究

采用PLAXIS3D 软件对其进行数值模拟，研究其对高铁434#～437#桥墩的变形影响。该模型尺寸为400.0m×270.0m×106.7m，分别表示X 轴和轨道的长度；与轨道方向垂直的y 轴；z 轴是垂直的。模型底面的水平位移和竖向位移均采用固定约束，而竖向位移仍为自由状态。

在土体的模拟中，采用了土体的小应变强化模型，而在桥梁桩基和桥墩等部分，则采用了线性弹性模型。按地质调查报告确定的地层参数，如表2 所示。其中，γ 为岩土体自然重力值；其中，c 是岩土体的粘聚力，而φ 是岩土体的内摩擦角；E50 为割线弹性模数；Eur表示模数的卸荷量；G0 表示较小的刚性模量。在此基础上，提出了一种新型的、具有31.5GPa 的C35 混凝土结构。其中，围护结构主要采用的是1000@750 的钻孔咬合桩，其等效厚度为0.789m，弹性模量30.0GPa。本文以一个铁路桥梁的桥墩位移为实例来说明。

6 结语

总之，在对地铁隧道的设计和施工中，应充分考虑其对周围环境的影响。对高铁桥梁和周围环境的影响，应根据相关规定，对其进行必要的控制，以保证其正常运行。在实践中，可以通过监控量测技术、数值模拟、理论分析和现场测试相结合的方法，实现对施工过程中高铁桥梁的稳定性的监控。在地铁施工过程中，隧道下穿高铁桥梁是不可避免的，因为高铁桥梁有很多优点：使用寿命长，具有良好的抗震性能，安全性高；由于没有任何噪声和废气污染，因此可以大大降低噪音污染。因此，必需加强施工过程中高铁桥梁的保护措施，确保其安全稳定地运行。