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地鐵路基樁板結(jié)構(gòu)施工對(duì)既有高速鐵路路基的影響研究

文檔作者：康文生文檔來源：中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年03月04日
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康文生：地鐵路基樁板結(jié)構(gòu)施工對(duì)既有高速鐵路路基的影響研究·201·
DOI：10．13379／j．issn．1003—8825．2017．03．42
地鐵路基樁板結(jié)構(gòu)施工對(duì)既有高速鐵路
路基的影響研究
康文生
(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京102600)
摘要：針對(duì)城市軌道交通與既有高速鐵路并行段樁板結(jié)構(gòu)路基施工問題，運(yùn)用有限元軟件
Plaxis 3D Tunnel建立三維有限元模型，分析計(jì)算了不同樁長(zhǎng)、下臥層土體和間距下地鐵樁板結(jié)構(gòu)路
基施工引起的既有高速鐵路路基水平位移及沉降。結(jié)果表明：由地鐵樁板結(jié)構(gòu)路基施工引起的既有
高速鐵路路基變形較小，而樁板結(jié)構(gòu)路基填土才是引起其位移的主要因素。
關(guān)鍵詞：路基工程；樁板結(jié)構(gòu)；高速鐵路；并行施工；有限元分析
中圖分類號(hào)：TU473．1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1003—8825(2017)03—0201—03
0 引言
隨著城市軌道交通和高速鐵路的大規(guī)模建設(shè)，
兩者的線路在特定的空間位置不可避免地產(chǎn)生交叉
或并行。但下穿或并行既有高速鐵路的地鐵施工可
能會(huì)導(dǎo)致既有高鐵線路變形，產(chǎn)生軌道不平順等現(xiàn)
象，影響列車運(yùn)行的平穩(wěn)性和乘客的舒適性，并給
列車運(yùn)行安全帶來隱患，因此，研究城市軌道交通
施工對(duì)既有高速鐵路的影響顯得十分必要。
徐干成等?、王俊生舊1均對(duì)北京地鐵14號(hào)線盾
構(gòu)穿越京津城際鐵路引起的線路沉降進(jìn)行了有限元
分析，得到了盾構(gòu)掘進(jìn)過程中京津城際鐵路及地表
的沉降規(guī)律。后者進(jìn)一步歸納了盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)鐵路路
基沉降的橫向和縱向影響范圍，并認(rèn)為采用注漿加
固可有效控制盾構(gòu)隧道施工引起的既有鐵路沉降
變形。
陳靖舊1以南京地鐵3號(hào)線下穿滬寧城際鐵路為
背景，研究了盾構(gòu)下穿引起的地層沉降規(guī)律及其沉
降控制措施。
霍軍帥等[41通過有限元方法研究總結(jié)了盾構(gòu)開
挖引起的地表沉降規(guī)律，并對(duì)無砟軌道結(jié)構(gòu)進(jìn)行了
動(dòng)力響應(yīng)分析。
孫玉永等∞1根據(jù)數(shù)值計(jì)算所得到的隧道上方不
同深度土層的橫向沉降槽曲線建立了用于預(yù)測(cè)隧道
收稿日期：2016—08—24
作者簡(jiǎn)介：康文生(1982一)，男，山西忻州人。工程師，碩士，
主要從事路基設(shè)計(jì)與科研工作的研究。E—mail：
kangwenshengl2@163．com。
上方深層土體沉降的修正Peck公式。
劉英誠(chéng)[61通過對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)采用水
平定向大管棚和扣軌梁固定軌道可減小軌面沉降。
邢燁煒?？\(yùn)用有限元軟件分析了不同盾構(gòu)穿越
方案下京津城際鐵路路基及軌道結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律，
并在此基礎(chǔ)上分析了由于盾構(gòu)施工產(chǎn)生的軌道變形
對(duì)車輛行走性能和軌道動(dòng)力特性的影響。
綜上所述，現(xiàn)階段絕大多數(shù)針對(duì)城市軌道交通
施工對(duì)既有鐵路的影響都是以盾構(gòu)下穿為背景開展
的，而對(duì)城市軌道并行既有鐵路施工時(shí)對(duì)既有鐵路
的影響卻鮮有研究。因此，本文以某地鐵線路與既
有高速鐵路并行為背景，研究城市軌道交通施工對(duì)
既有高速鐵路路基的影響。
1工程概況
1．1工程簡(jiǎn)介
某地鐵路基與既有高速鐵路路基并行，并行段
長(zhǎng)度為520．0 m，地鐵線路占用既有高速鐵路用地，
并緊貼鐵路邊坡敷設(shè)，地鐵與既有高速鐵路線路中
心距約10．3～12．4 m，見圖1。
圖1線路平面(單位：In)
萬方數(shù)據(jù)
·202·
路基工程
Subgrade Engineering 2017年第3期(總第192期)
既有高速鐵路設(shè)計(jì)速度為250 km／h，軌道類型
為有砟軌道。地鐵最高行車速度為80 km／h，采用鋼
筋混凝土整體道床。為控制地鐵路基工后沉降，減
小路基填土及軌道、列車荷載對(duì)既有高速鐵路的影
響，地鐵路基采用樁板結(jié)構(gòu)路基。
樁板結(jié)構(gòu)承載板單元長(zhǎng)度為26．00 m，采用
(3+10+10+3)m跨徑。承載板寬10．20 m，板厚
1．20 m。托梁長(zhǎng)度10．84 ITI，寬1．80 m，高1．70 m。
鋼筋混凝土樁采用鉆孑L灌注樁，每跨布置2根，樁
徑1．50 In，樁板結(jié)構(gòu)示意，見圖2。
樁基主筋穿過托梁錨入承載板進(jìn)行固結(jié)，兩端
承載板采用懸挑。
1．2工程地質(zhì)和水文條件
并行段地層從上到下依次為：黏土質(zhì)素填土、碎
石素填土、中砂、黏土、全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗
巖、中等風(fēng)化花崗巖，各地層物理力學(xué)參數(shù)，見表1。
地下水主要為第四系孑L隙水，主要賦存于砂層中；基
巖裂隙水，主要賦存于基巖強(qiáng)、中等風(fēng)化帶中。
表1地層物理力學(xué)指標(biāo)
地層代號(hào)地層名稱
∥(k重N度．m一3)
黏聚力內(nèi)摩擦角
c／kPa ∥(。)
壓縮模量
Eso 1∞2／MPa
承載力特征值
f☆／kPa
(1—2—1>

<1—3>
<3一l一2>
<4—2>
<4—4—1>
(5一l>
<1l一1>
<17—1>
<17—2>
<17—3>
<17—4>
黏土質(zhì)素填土
碎石素填土
拋石
粉質(zhì)黏土
淤泥質(zhì)土
中砂
粉質(zhì)黏土
砂質(zhì)黏性土
全風(fēng)化花崗巖
強(qiáng)風(fēng)化花崗巖
強(qiáng)風(fēng)化花崗巖
中風(fēng)化花崗巖
10
10
10
15～25
8～12
10～25
25～28
20～35
25～40
120
200
200
160
110
220
280
320
樁端持力層，在并行段分別選取不同樁長(zhǎng)和不
2地鐵路基施工對(duì)既有高鐵的影響分析同下臥層土體的4個(gè)剖面進(jìn)行地鐵樁板結(jié)構(gòu)
2．1計(jì)算參數(shù)路基施工對(duì)既有高速鐵路影響的分析，見
在設(shè)計(jì)時(shí)將<1 7—4>中風(fēng)化花崗巖作為圖3。
【h)2 2i【j|nI (t)1 3。川lm (．{)4 4自lJ【n
圖3地鐵樁板結(jié)構(gòu)路基施工對(duì)既有高速鐵路的影響分析(單位：m)
2．2建立計(jì)算模型和邊界條件
運(yùn)用Plaxis 3D Tunnel建立三維有限元模型，
1—1剖面有限元計(jì)算模型，見圖4。
圖4中，模型長(zhǎng)30．0 m，寬120．0 nl，深度為
50．0 In，在幾何模型底部施加完全固定約束，在兩
側(cè)施加豎直滑動(dòng)約束，模型表面為自由邊界。
承載板、托梁和樁均為線彈性材料，彈性模量
34．5 GPa，泊松比肛為0．20。
侉
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萬方數(shù)據(jù)
康文生：地鐵路基樁板結(jié)構(gòu)施工對(duì)既有高速鐵路路基的影響研究·203·
鉆孔灌注樁采用板單元模擬，根據(jù)剛度等效原
則將其等效為1．5 m寬的C45混凝土板；其余土體
采用Mohr—Coulomb彈塑性屈服準(zhǔn)則(土層計(jì)算參數(shù)
見表1)。蝙一腳
圖4 1—1剖面有限元計(jì)算模型
2．3計(jì)算工況
按地鐵樁板結(jié)構(gòu)路基施工的步驟分為4個(gè)工況：
(1)施工鉆孔灌注樁。
(2)進(jìn)行承載板下土體的填筑施工(圖2)。
(3)開挖托梁位置處的土體。
(4)托梁澆筑及放置承載板。
2．4計(jì)算結(jié)果分析
2．4．1水平位移分析
各剖面線路水平位移值，見表2。
表2
計(jì)算1—1剖面
各剖面線路水平位移值
2—2剖面3—3剖面
工況下行線上行線下行線上行線下行線上行線下行線上行線
表2中的負(fù)水平位移表示背離地鐵路基的方向，
正水平位移則相反。上行線為靠近地鐵路基的高速
鐵路線路，下行線為離地鐵路基較遠(yuǎn)的高鐵線路。
由表2可知，地鐵承載板下路基土體的填筑是引起
既有高速鐵路變形的主要因素。由地鐵路基施工引
起的高速鐵路路基水平位移累計(jì)值均在1 mm以內(nèi)。
2．4．2垂直位移分析
各剖面線路沉降值，見表3。
表3各剖面線路沉降值illnl
計(jì)算1—1剖面2—2剖面3—3剖面4—4剖面
工況下行線上行線下行線上行線下行線上行線下行線上行線
l —O．39一O．86一O．46—1．09—0．73—1．19—0．76一1．30
2 —1 6R一1 98—1 51—1 80—1 23—1 69一O 99—1．46
3 一O．29—1．10—0．24—0．85—0．17—0．62—0．13—0．37
4 —0．68—0．90—0．60一0．74—0．46—0．60—0．36—0．5l
總沉降一3．04—4．84—2．81—4．48—2．59—4．10—2．24—3．64
由表3可知：由地鐵路基施工引起的高速鐵路
路基最大沉降為4．84 mm，滿足《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)
范》(TBl0621--2009)中設(shè)計(jì)行車速度為250 km／h
時(shí)，一般地段工后沉降≤10 cm的要求。
3結(jié)論
本文通過地鐵施工對(duì)并行既有鐵路路基的影響
分析，得出以下結(jié)論：
(1)城市軌道交通并行于高速鐵路，地鐵路基
采用樁板結(jié)構(gòu)時(shí)，地鐵承載板下路基土體的填筑是
引起既有高速鐵路變形的主要因素。
(2)由地鐵樁板結(jié)構(gòu)路基施工引起的高速鐵路
路基水平位移小于1 mm，在允許范圍以內(nèi)。
(3)由地鐵樁板結(jié)構(gòu)路基施工引起的高速鐵路
路基沉降最大值為4．84 mm，遠(yuǎn)小于《高速鐵路設(shè)計(jì)
規(guī)范》(TBl0621--2009)限定的一般地段≤10 cm，
橋臺(tái)臺(tái)尾過渡段≤5 cm的工后沉降標(biāo)準(zhǔn)。
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Study on Impact of Shallow·buried Shield Tunnel Construction on Stratum Deformation
WU Jianwen
(School of Management of Shanghai University，Shanghai 200444，China)
Abstract：The key analysis is performed in crosswise ground surface settlement and soil pressure distribution
for the impact of the shallow—buried shield tunnel construction on stratum deformation and soil pressure
distribution mode by theoretical analysis and finite element simulation of the shallow—buried shield tunnel
project of Biaoshenyuan Sports Center Station--Century Avenue Station of Shanghai Metro Line 6 Lot 1 1．
Key words：shallow—buried；shield tunnel；finite element numerical simulation；strata deformation；earth
pressure distribution
(上接第203頁(yè))
Study on Impact of Metro Pile·plate Subgrade Construction
on Subgrade of Existing High-speed Railway
KANG Wensheng
(China Railway Fifth Survey and Design Institute Group Co．，Ltd．，Beijing 102600，China)
Abstract：For the problem of pile—plate subgrade construction for urban rail transit parallel with existing high—
speed railway，a 3D finite element model is built by finite element software Plaxis 3D Tunnel to analyze and
calculate the horizontal displacements and settlements of high—speed railway，resulted from construction of pile—
plate structure subgrade of the metro，under different pile length，different underlying soil as well as different
space between urban rail transit and high—speed railway．The results show that the construction of metro pile—
plate subgrade cause smaller deformations to the high--speed railway subgrade and the filling of the pile·-plate
subgrade is the main factor causing the displacement．
Key words：s衄-ade work；pile—plate structure；high-speed railway；parallel construction；finite element analysis

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