一種確定下穿鐵路工程剛度匹配的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于地基基礎工程技術領域，涉及一種確定下穿鐵路工程剛度匹配的方法。
【背景技術】
[0002]隨著城市建設的不斷發(fā)展，城市交通的發(fā)展方向逐漸轉(zhuǎn)向地下空間，地鐵和公路隧道的建設越來越多。在這樣的大背景下，盾構(gòu)隧道下穿鐵路的案例也越來越多。然而盾構(gòu)施工不可避免地會對地層產(chǎn)生擾動，引發(fā)土體的較大位移并導致路基產(chǎn)生差異沉降，特別是在軟土地區(qū)，這種現(xiàn)象更為突出。路基的差異沉降必然導致軌道結(jié)構(gòu)的變形，影響列車的舒適性，甚至會威脅列車的安全運行。
[0003]為保證列車的安全運行，在盾構(gòu)穿越前，有必要對路基下方一定范圍內(nèi)的土體進行預加固處理。通過對既有案例的分析，認為多數(shù)盾構(gòu)下穿鐵路路基的地基加固方案并不合理，多為大范圍單一模量注漿加固，且加固區(qū)域土體強度較高，方案缺乏設計依據(jù)，具有一定的盲目性。這不僅造成了較大浪費，而且加固效果不一定理想。因此對于盾構(gòu)隧道下穿鐵路工程，亟需一套安全可靠、科學合理、成本較低的剛度匹配設計方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種確定下穿鐵路工程剛度匹配的方法，合理確定加固范圍并分區(qū)，確定各分區(qū)的匹配剛度，既可以減小鐵路路基的差異沉降，保證鐵路的安全運行，使盾構(gòu)順利穿越，又可以降低施工成本，具有良好的社會及經(jīng)濟效益。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0006]—種確定下穿鐵路工程剛度匹配的方法，包括以下步驟:首先確定路基下方巖土體工程性質(zhì)，然后在隧道橫斷面方向上，以隧道為中心的相關區(qū)域進行剛度匹配設計。
[0007]所述巖土體工程性質(zhì)的具體參數(shù)包括土體模量、粘聚力或內(nèi)摩擦角等。
[0008]所述隧道橫斷面方向上，以隧道為中心的相關區(qū)域進行剛度匹配設計包括:隧道周邊范圍內(nèi)的土體與隧道結(jié)構(gòu)剛度進行匹配，匹配彈性模量為E1;隧道上方范圍內(nèi)的土體與隧道結(jié)構(gòu)剛度進行匹配，匹配彈性模量為E2;隧道兩側(cè)范圍內(nèi)的土體與隧道結(jié)構(gòu)剛度進行匹配，匹配剛度由E1向周邊原狀土體過渡，匹配彈性模量為E 3o
[0009]所述隧道周邊范圍內(nèi)的土體與隧道結(jié)構(gòu)剛度進行匹配，匹配彈性模量為E1;是指橫斷面方向上，隧道上方0.5R?1.0R、隧道兩側(cè)1.0R?1.5R、隧道下方0.3R?0.5R范圍內(nèi)的土體，與隧道結(jié)構(gòu)剛度進行匹配，匹配彈性模量E1取為4.5X10 3Eq?6.0X10 3EQ，R為隧道半徑，E。為隧道結(jié)構(gòu)模量。
[0010]所述隧道上方范圍內(nèi)的土體與隧道結(jié)構(gòu)剛度進行匹配，匹配彈性模量為E2;是指E1S域上方0.5R?1.0R范圍內(nèi)的土體，匹配彈性模量E2取為6.0X10 3Eq?7.5X10 3E0,R為隧道半徑，E。為隧道結(jié)構(gòu)模量。
[0011]所述隧道兩側(cè)范圍內(nèi)的土體與隧道結(jié)構(gòu)剛度進行匹配，匹配剛度由E1向周邊原狀土體過渡，匹配彈性模量為E3;是指E P E2g域兩側(cè)0.5R?1.0R范圍內(nèi)的土體，E 3取為
1.5X10 3E0- 3.0X10 3E0, R為隧道半徑，E。為隧道結(jié)構(gòu)模量。
[0012]本發(fā)明同現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點和有益效果:
[0013]本發(fā)明的方法提供了一種安全可靠、科學合理、成本較低的軟土地區(qū)盾構(gòu)下穿鐵路工程的剛度匹配設計法。
[0014]本發(fā)明的方法采用合理的分區(qū)方案及剛度匹配設計，使結(jié)構(gòu)剛度平穩(wěn)過渡，可以有效控制路基的差異沉降，保證列車的安全運行。
[0015]本發(fā)明的方法保證掌子面的穩(wěn)定，使盾構(gòu)順利穿越鐵路路基。
[0016]本發(fā)明的方法通過對不同加固區(qū)域的剛度匹配設計，實現(xiàn)整體剛度的平穩(wěn)過渡，從而減小盾構(gòu)施工對周邊土體擾動和路基差異沉降、保證盾構(gòu)順利穿越鐵路路基。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明實施例的確定下穿鐵路工程剛度匹配的方法的平面示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明實施例的確定下穿鐵路工程剛度匹配的方法的橫斷面示意圖。
[0019]圖3為對比方案的橫斷面示意圖。
[0020]圖4是本發(fā)明實施例的確定下穿鐵路工程剛度匹配的方法的示意圖。
[0021]其中:1為擬建單線盾構(gòu)隧道，2為鐵路路基，3為原狀土體，4為匹配模量為&的加固區(qū)域，5為匹配模量為E2的加固區(qū)域，61為匹配模量為E 3的加固區(qū)域一，62為匹配模量為^的加固區(qū)域二，7為單一模量擬建盾構(gòu)隧道，8為單一模量鐵路路基，9為單一模量原狀土體，10為單一模量加固區(qū)域。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖所示實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0023]實施例1
[0024]擬建單線盾構(gòu)隧道I正交穿越鐵路路基2 (如圖1所示，圖1為本發(fā)明實施例的確定下穿鐵路工程剛度匹配的方法的平面示意圖。)，確定路基下方適當深度范圍內(nèi)巖土體工程性質(zhì)，巖土體工程性質(zhì)的具體參數(shù)包括土體模量、粘聚力或內(nèi)摩擦角等。盾構(gòu)隧道外徑6.2m,內(nèi)徑5.5m，管片環(huán)寬1.2m，頂部埋深15m。盾構(gòu)下穿鐵路工程位于某軟土地區(qū)，下穿處為深厚粘土層，原狀土體3的壓縮模量約Es= 6MPa。
[0025]在盾構(gòu)下穿鐵路工程實際施工中，應用本發(fā)明進行剛度匹配設計具體包括如下步驟:
[0026]隧道橫斷面方向上，如圖4所示，圖4是本發(fā)明實施例的確定下穿鐵路工程剛度匹配的方法的示意圖。隧道周邊范圍內(nèi)的土體與隧道結(jié)構(gòu)剛度進行匹配，匹配彈性模量為E1:是指隧道上方2.3m(0.75R)(圖4中的a)、隧道兩側(cè)3.9m(1.25R)(圖4中的b)、隧道下方1.2m(0.4R)(圖4中的c)范圍內(nèi)的土體，與隧道結(jié)構(gòu)剛度進行匹配，彈性模量E1取為175MPa(5X10 3E0)。
[0027]隧道橫斷面方向上，隧道上方范圍內(nèi)的土體與隧道結(jié)構(gòu)剛度進行匹配，匹配彈性模量為E2;是指E1E域上方2.3m(0.75R)(圖4中的d)范圍內(nèi)的土體，匹配彈性模量E 2取為 225MPa(6.5X10 3E0)。
[0028]隧道橫斷面方向上，隧道兩側(cè)范圍內(nèi)的土體與隧道結(jié)構(gòu)剛度進行匹配，匹配剛度由E1向周邊原狀土體過渡，匹配彈性模量為E 3;是指E 1、E2g域兩側(cè)2.3m(0.75R)(圖4中的e)范圍內(nèi)的土體，匹配剛度由E1向周邊原狀土體過渡，彈性模量為E 3，取為75MPa(2.2X10 3E0)。對整體施工過程進行數(shù)值模擬:如圖2所示，圖2為本發(fā)明實施例的確定下穿鐵路工程剛度匹配的方法的橫斷面示意圖。首先對匹配模量E2的加固區(qū)域5進行注漿加固，強度形成后即可發(fā)揮隔離效果，再對匹配模量為E1的加固區(qū)域4進行注漿加固，然后加固匹配模量為E3的加固區(qū)域一 61和匹配模量為E3的加固區(qū)域二 62，最后模擬盾構(gòu)隧道施工過程。
[0029]評價剛度匹配效果:為評價本實施例的剛度匹配效果，通過數(shù)值模擬方法對比全斷面單一模量加固與不加固情況下的路基差異沉降。全斷面單一模量加固的對比方案如下:如圖3所示，圖3為對比方案的橫斷面示意圖。圖中:7為單一模量擬建盾構(gòu)隧道，8為單一模量鐵路路基，9為單一模量原狀土體，10為單一模量加固區(qū)域。隧道上方4.6m(l.5R)、隧道兩側(cè)4.6m(1.5R)、隧道下方1.2m(0.4R)范圍內(nèi)的土體進行單一模量加固，取彈性模量E = 200MPa(5.8X10 3E0)。
[0030]通過數(shù)值模擬，在地層損失率為0.5%的條件下，得到不加固、全斷面單一模量加固、本實施例的剛度匹配設計法三種情況下的路基差異沉降分別為9.89mm,2.87mm及
2.12mm,由此可見，采用本實施例的剛度匹配設計法可以有效減小路基的差異沉降，同時路基縱向的沉降曲線也更平緩。
[0031]實施例2
[0032]擬建單線盾構(gòu)隧道正交穿越鐵路路基，確定路基下方適當深度范圍內(nèi)巖土體工程性質(zhì)，巖土體工程性質(zhì)的具體參數(shù)包括土體模量、粘聚力或內(nèi)摩擦角等。盾構(gòu)隧道外徑6.2m,內(nèi)徑5.5m，管片環(huán)寬1.2m，頂部埋深12m。盾構(gòu)下穿鐵路工程位于某軟土地區(qū)，下穿處為深厚粘土層，原狀土壓縮模量約Es= 6MPa。
[0033]在盾構(gòu)下穿鐵路工程實際施工中，應用本發(fā)明進行剛度匹配設計具體包括如下步驟:
[0034]隧道橫斷面方向上，隧