矿山法和盾构法地铁隧道穿越高铁桥梁影响及控制比对研究

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近年来,随着我国轨道交通建设事业快速发展,新建地铁隧道侧穿既有高铁桥梁的案例日益增多。地铁隧道大多采用矿山法或盾构法施工。这两种形式的地铁隧道不论是在施工特点方面、控制措施方面,还是在施工及运营阶段对高铁桥梁造成的影响方面均存在差异,然而现有研究缺乏对于此类差异的分析。因此,依托某矿山法和盾构法地铁隧道侧穿某高铁桥梁工程,采用数值模拟与现场实测相结合的手段。首先以ANSYS有限元软件建立仿真模型,通过调整加固方案、施工工法等各项施工因素,模拟各工况下地铁隧道的施工过程,并采用工程监测数据与数值模拟结果进行对比,验证模型计算的准确性,总结高铁桥梁的变形规律;同时,以ABAQUS有限元软件建立仿真模型,通过设置地铁及高铁列车运营的不同情况,模拟各工况下地铁隧道的运营过程,总结高铁桥梁的变形及振动规律。通过开展全周期性的比对研究,得到的主要研究成果如下:(1)根据不同的加固方案进行隧道开挖,新建矿山法隧道邻近地表、墩柱、道床的竖向变形峰值的大小排序均为:未加固>布设隔离桩>地表预注浆>布设隔离桩及地表与注浆;新建盾构法隧道则为:未加固>布设隔离桩。这表明,隔离桩布设及地表预注浆能有效减少隧道施工对高铁桥梁造成的变形影响。(2)根据现有的加固方案,采用不同的矿山法施工工法开挖隧道,对于邻近地表、墩柱、道床的影响程度大小排序均为:上下台阶法>CD法>CRD法。(3)将人工监测与数值模拟的数据进行对比,新建盾构法隧道穿越过程中墩柱的竖向及横向变形峰值偏差率分别为8.2%、3.8%。变形总体趋势及峰值位置较为一致。可知该数值模拟结果较好地反映了实际隧道穿越所造成的变形影响。(4)在布设隔离桩的情况下,隧道开挖引发的地表、墩柱及道床竖向变形峰值大小关系均为:矿山法隧道施工>盾构法隧道施工。可知对于该工程项目,在施加相同加固措施的情况下,矿山法隧道施工工点的隧道开挖对地表及既有高铁桥梁结构的变形影响要大于盾构法隧道施工工点。(5)高铁单独运营的工况下桥梁、轨道、列车的各项动力响应峰值相较于三车交汇的工况差异较小。这说明地铁隧道通车运营对于上部高铁桥梁的投入使用以及高铁列车的安全运营几乎没有影响。(6)矿山法地铁隧道穿越高铁桥梁工点的高铁桥梁、轨道及列车的各项动力响应峰值均小于或等于盾构法地铁隧道穿越高铁桥梁工点。各项动力响应峰值越小,行车就越安全。
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