现状盾构上方现状河道拓宽开挖安全分析

孔建杰朱溢敏黄磊

宁波市城建设计研究院有限公司浙江省宁波市315012

摘要：现状河道位于现状盾构上方，河道拓宽后，盾构覆土厚度仅3.6m，施工风险较大。为评价现状河道拓宽对既有轨道盾构的影响，建立了三维有限元模型，对轨道盾构进行安全影响分析。在此基础上，就工程控制措施提出相应的建议。

关键词：矩形顶管地道上穿；既有轨道盾构；三维有限元分析；安全分析；工程控制措施

目前很多城市在轨道盾构在下穿现状河道时，以现状河道标高和宽度作为顶进实施条件，未考虑远期河道按规划条件拓宽和挖深，导致后期河道拓宽时由于轨道覆土较浅，实施难度较大。本文以宁波地区某工程为例，分析浅覆土条件下涉轨河道拓宽加固措施。

一、工程概况

现状老河道宽11m，河底标高-1.4m，规划河道宽30m，河底清淤标高-1.87m。轨道盾构从桥梁南侧河床底穿过，河道位置盾构顶标高为-5.505m。现状河道、盾构、新建桥梁的断面关系如下图所示：

工程断面图

本工程地质条件为软土，根据勘察报告各土层情况如下表所示：

二、河道开挖分析

根据规范及宁波地区轨道部门相关要求，外部作业引起盾构竖向和水平向位移是控制性指标，且均须满足<10mm。为分析河道开挖对现状盾构的影响，采用MidasGTS软件进行三维分析。

计算采用三维模型，模型长120m，宽90m，深53m。土体采用实体单元进行模拟，盾构衬砌采用板单元模拟。土体采用摩尔库伦本构模拟，衬砌采用弹性材料模拟，共划分22859个单元，4614个节点。

现状河道按照规划要求拓宽至30m，河底开挖至-1.87m时，盾构变形为46.76mm，超过了轨道保护要求，须进行加固处理。

三维模型盾构变形（mm）

根据本工程情况并结合以往经验，采取如下加固措施：

1、河道开挖范围内采用水泥搅拌桩加固，处理宽度为规划河道往两侧拓宽5m，处理长度为河道围堰范围。盾构顶部土体采用双轴搅拌桩处理，处理深度距离盾构顶1.5m；盾构两侧采用三轴搅拌桩处理，处理深度为20m，与盾构的水平净距为2m。

2、设置抗拔桩，采用钻孔灌注桩，桩径80cm，间距1.2m，桩长40m。

3、分块开挖并压重，施工中分块开挖，共计12个区块。每挖完一块，立即浇筑压板，压板与钻孔灌注桩固结，压板顶堆放钢锭作为压重。

加固横断面图

加固土体与盾构关系图抗拔桩、压板与盾构关系图

盾构竖向变形图（开挖至-1.37m）盾构竖向变形图（开挖至-1.87m）

经计算河道开挖至-1.37m时盾构的最大变形为9.81mm，开挖至-1.87m后盾构的最大变形为14.23mm，估计建议将河道开挖至-1.37m并采用相应的加固措施。

三、结论

从计算模拟分析结果来看，按照规划河道常规开挖无法满足轨道保护要求，采取土体加固、配重、抗拔桩和压板后，变形有所减少，且将河道清淤标高调整至-1.37m时，轨道最终的变形值接近地铁保护限值要求。

由于数值模拟结果跟实际施工变形存在一定误差，且施工工序较多，施工工艺较复杂，对施工单位要求较高，故建议该位置河道原状保留。

参考文献：

[1]北京迈达斯技术有限公司.MIDASPGTS用户手册[R].北京迈达斯技术有限公司，2005.