摘  要 以天津地铁 2 号线区间盾构隧道下穿国铁为工程背景，通过三维模拟计算，并结合实际工程中盾构掘进采取的一系列控制措施，在没有采用地层加固和扣轨辅助方法的情况下，利用盾构工法安全、顺利地完成了下穿国铁线路，且沉降满足铁路安全行车要求。

关键词 软土地区 盾构 控制措施 三维计算 下穿既有铁路

 

      随着城市建设的发展，地铁下穿既有铁路工程的工程越来越多。为防止盾构在推进过程中，造成既有铁路区段内土体下沉，危及行车安全，同时确保隧道在列车荷载作用下的结构稳定，采取在盾构推进时实行信息化反馈施工并进行信息分析，及时调整井下掘进施工参数，保持盾构开挖面的稳定和管片脱出盾尾时，及时采取同步注浆、二次注浆来填充盾尾建筑空隙，并由铁路部门及时对线路进行养护等措施，以确保工程和铁路行车安全。

 

      天津地铁 2 号线盾构井 ～ 延安路站( DK2 +150． 6 ～ DK3 + 028． 22) 区间为两条单线隧道，区间在左线里程 DK2 + 680． 69、右线里程 DK2 + 680．5处下穿国铁陈塘庄支线。国铁陈塘庄支线为单线铁路( 路基宽约 7． 5 m) ，位于隧道上方，与隧道基本正交( 92°) ，隧道顶埋置深度约 12． 617 m，见图 1。盾构外径 6． 2 m，内径 5． 2 m，每环管片宽度为1． 2 m，厚度为 0． 35 m。

      陈塘庄铁路支线为天津西站到陈塘庄的货运支线，下穿段铁路为路基形式，路基高度 2． 0 m，道床为碎石道床。铁路所有权的相关单位对沉降要求非常严格，其允许沉降值不得大于 10 mm，两轨高差不得大于 4 mm。施工时先施工左线，再施工右线，两线间隔 1 个月。

      依据勘察提供的钻孔资料，地铁下穿国铁段地层主要为: 冲积平原，地形平坦。表覆第四系全新统人工填土层( 杂填土，素填土) ，其下为第四系全新统新近沉积层、第Ⅰ陆相层、第Ⅰ海相层、第Ⅱ陆相层，第四系上更新统第Ⅲ陆相层、第Ⅱ海相层、第Ⅳ陆相层，第Ⅲ海相层，主要岩性为黏土、粉土、粉质黏土、淤泥质土、粉砂、细砂等。土质松软，结构松散，围岩分级为Ⅴ级。隧道洞身主要通过地层为粉质黏土与粉土层中。表 1 为穿越区段主要土层物理力学参数。

 

      隧道推进对既有铁路影响是个三维问题，且该线与既有铁路的夹角为 92°，在模型建立中取为正交以简化计算。计算采用 Midas-GTS 有限元分析软件，考虑到有限元分析中的边界效应，整体尺寸确定为: 沿盾构隧道推进方向( 纵向) 尺寸为 60 m，沿铁路方向为 100 m，深度尺寸为 36 m。模型的边界条件如下: 前后两面边界结点施加 X 方向的水平约束; 左右边界结点施加 Y 方向的水平约束，底面结点施加 Z 方向的竖向约束( 见图 2) 。

      模拟盾构施工时，未考虑列车动荷载的影响，列车荷载按静载考虑。进行同步注浆，及时充填盾尾空隙。在模型的侧面和地面施加法向方向的约束，令模型在自重及列车荷载( 按静载考虑，取值50 kPa) 作用下平衡并生成初始应力场; 清除节点位移后，进行盾构施工过程的模拟。

      ( 1) “钝化”一个管片宽长度的隧道土体单元，包括预先定义的隧道土体、管片、注浆层;

      ( 2) 在( 1) 步“钝化”的隧道土体单元的区域内用 maids 里的 shell 单元模拟盾壳，赋予盾壳的力学参数，模拟盾构机本身对开挖土体四周的支撑作用;

      ( 3) 给开挖面施加面压力，模拟盾构施工中掌子面的泥水压力，以保持盾构开挖面的稳定平衡。按照以上过程，实施盾构机的下一步开挖推进，直到用 shell 单元模拟的整个盾构机的盾壳全部进入隧道。