盾构隧道近接施工对桥桩
影响及保护措施
陈 辉
（）中铁第四勘察设计院集团有限公司城地院结构所，武汉 ４３００６３
摘 要：以郑州地铁３号线盾构隧道近距离侧穿高铁高架桥桩为例，利用有限差分软件，分析了盾构施工对临近桥桩的影响，并提出设置隔离桩保护桥桩的方案。结果表明：盾构近距离侧穿桥桩时，桥桩会产生较大的竖向沉降和水平弯矩；采取设置隔离桩的措施后，对桥桩的沉降及受力有一定的改善作用，能较大限度地减少盾构施工对桥桩的影响。
关键词：郑州地铁；盾构侧穿；高铁桥桩；数值模拟；隔离桩
（）中图分类号：Ｕ４５６ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００４３１５２２０１５０３０００１０５－－－
最小净距为３．盾构隧道与高铁桥桩平剖面相８９ｍ，
１ 引言
在城市轨道交通建设过程中不可避免地会对周其中，盾构近距离侧穿铁路或市政边环境产生影响，
桥桩的评价与保护是建设过程中经常遇到的难题，也是盾构隧道施工中需要迫切解决的问题之一。近很多学者在“盾构侧穿对相邻桥桩影响”方面些年，
］１６－
，做了大量的研究和探索［这对桥桩的影响预测、
对关系见图１、图２。本盾构区间穿越高铁跨线桥多达５座，产权单位多、保护距离小、高铁保护控制标准高、地质复杂、施工风险高，保护难度大。本工程计划２０１５年１２月开始施工
。
加固及保护方案等方面提供了理论指导。众多建设者及研究者从盾构施工方案优化及邻近桥桩变形控减少或消除盾构对相邻桥桩制与加固两方面着手，
］７９－
。的影响［
本文以郑州地铁３号线某盾构区间侧穿郑武高铁跨线桥、郑西高铁跨线桥等５条高铁跨线桥为例，
３Ｄ
，利用有限差分程序Ｆ模拟盾构隧道掘进与ＬＡＣ
图１ 地铁３
号线与高铁跨线桥平面关系图
管片安装施工过程，分析了盾构施工对相邻高铁桥桩的影响，并提出合理的桥桩保护方案，可为类似工程提供借鉴。
２ 工程概况
２．１ 工程概况
郑州地铁３号线某盾构区间采用单层装配式钢筋混凝土衬砌管片，盾构隧道埋深约２３．７ｍ左右，盾构机为土压平衡盾构。隧道外皮和高铁桥桩之间
２０１５０１２１ 收稿日期：－－
，陈 辉（男，工程师，研究方向为地下工程设计。１９８２－） 作者简介：
图２ 地铁３号线与高铁跨线桥剖面关系图
盾构侧穿的郑武高铁跨线桥、郑西高铁跨线桥等５座高铁跨线桥桥桩承台为５桩、８桩或１１桩承台，桩基均为Φ桩长４１．００ｍ钻孔灌注桩，０～５０ｍ
之间。桥梁为简支梁，梁跨为３２．６ｍ。盾构隧道和高铁桩基之间的净距详见表１。
表１ 隧道与高铁桥桩最小净距表（ｍ）
桥名西北联络
线桥（１＃桥）郑武跨陇海铁路桥（２＃桥）北下行联络线桥（３＃桥）郑武跨陇海铁路桥（４＃桥）郑机城际铁路跨陇海铁路桥（５＃桥）
２１２０ １９ 桥墩号１４３ １４２ １４１５ ６ ７４８ ４９ ５０６ ７ ８
—６．２７ ９．８１
距离左
线隧道１２．８９ —１３．８６８．２７ —１４．７３．８９ —１４．９１５．４６ —
距离右线隧道—８．２２１３．０６—８．５５１１．７８—１０．３１９．５１—７．６８１３．２８１２．５３３．６３—
／，和《客运专线３００～３５０ｋｍｈ轨道不平顺管理值》
结合国内已有成功穿越高铁的工程经验，建议本区间穿越郑武高速铁路跨线桥等５座高铁跨线桥沉降控制标准为：ｍｍ；①轨面沉降值不得超过６②相邻两股钢轨水平高差不得超过６ｍｍ；③相邻两股钢轨三角坑不得超过６ｍｍ；④桥梁相邻桥墩差异沉降值不得超过６ｍｍ。
３ 施工影响预测
３Ｄ
，利用有限差分程序Ｆ对盾构隧道侧穿ＬＡＣ
高铁桥桩施工过程进行模拟分析。
３．１ 工程地质及材料力学参数
根据地质勘查报告，工程所处地层为黄河冲洪积平原，主要地层为填土层、砂质粉土层、细砂层及粉质粘土层。盾构隧道主要穿越地层为砂层和粉质黏土层。计算时选取编号Ｔ３ＪＺ２１４ＺＢ０７钻孔进行计－Ⅱ－。算。土层分布及各层土的物理力学参数见表２
粘聚力（）ｋＰａ８．０ １３．０ ２３．０ １３．５ １４．０ ０ ０ １７．０
压缩模量
（）ＭＰａ４．０３．５８．０３．５４．６１７．５２４．０９．１
２．２ 高铁桥梁控制标准
（铁路线路维修规则》铁运［参照《２００６］１４６号）
土层
编号１－１２－２１２－３３２－２２２－２３２－４２２－５３３－２１
层厚
（ｍ）２．７ ３．７ ３．１ １．９ ４．８ ３．２ １０．９ １５．０
容重
３）（／ｋＮｍ１８．０ １９．３ １９．７ １９．０ １９．０ １９．５ ２０．０ １９．８
表２ 模型材料物理力学参数表
序号１ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８
土层名称杂填土粉质粘土粘质粉土粉质粘土粉质粘土粉砂细砂粉质粘土
内摩擦
）角（°８．１ １９．６ １３．５ ２２．５ ２５．０ ２８．０ ３２．０ ３４．３
土层状态
成分杂乱、松散褐灰色，软塑～可塑稍湿～湿，稍密～中密软塑～可塑软塑～可塑饱和，中密～密实饱和，密实可塑～硬塑
３．２ 计算模型与网格划分
模拟过程分为三步：第一步，在设置人工边界和材料属性赋值后，通过对所有土体单元赋予重力来实现初始地应力；第二步，在位移场和速度场清零通过软件自带的结构单元模拟高铁桥桩，并在桩后，
头位置设置集中荷载，在重力作用下计算土层受力状态；第三步，在位移场清零后，左线隧道首先掘进与管片施做，随后，右线隧道掘进与管片施做，其中，在盾构隧道圆形开挖面上应力释放率设定为１０％。为简化分析，不考虑土体流变与混凝土蠕变、不考虑不考虑盾构管片与围岩之间空隙同步地下水影响，
／注浆及二次注浆。其中，高铁桥桩重度为２５ｋＮ
３，、弹性模量与泊松比为３截面面ｍ２．５ＧＰａ０．１６７，
２，，单位剪切弹簧刚度为２其粘积为０．７８５ｍ０ＭＰａ
长度为１重力方向（长度为５模型００ｍ，ｚ方向）８ｍ，（，宽度大于５ｄ孔洞直径）左、右线隧道在ｘ轴范围分别为－５３．８ｍ～－６０ｍ、－２９．８ｍ～３６ｍ。模型计算网格如图３所示，１＃～５＃桥桩与Ｎｏ．１～Ｎｏ．４监测点平面布置见图４
。
、，聚力与摩擦角分别为５单位法向弹簧刚０ｋＰａ２０°，、。度为１其粘聚力与摩擦角分别为４ｋ０ＭＰａＰａ２０°
采用直角坐标系，其中，垂直于隧道掘进方向（长度为９沿着隧道掘进放线（ｘ方向）０ｍ，ｙ方向）
图３ 三维计算模型示意图
３．３ 计算结果分析
各桥桩沉降为：１＃桥桩Ｎｏ．３监测点沉降最大，最大值为５．０６ｍｍ；２＃桥桩Ｎｏ．２监测点沉降
从图５位移云图看出，隧道周边土体在盾构管片施工完成后的位移云图呈漏斗型，最大值出现在隧道仰拱附近，影响范围至仰拱底部以下５ｍ左右，约为１倍洞径；其中位移场影响范围仅局限于左桥桩对土体位移有一定的阻碍作右两侧桥桩之间，
由于盾用。从图６中１＃桥桩水平位移可以看出，构施工的影响，桥桩桩体产生水平位移，桩基在地表位置（桩头）水平位移最大，向隧道侧移动，最大值为
图４ 桥桩与监测点编号图
水平位移在隧道拱部３．２．２４ｍｍ，２ｍ位置出现拐
点。由于盾构施工的影响，桥桩上产生了弯矩，从图桩基在７中１＃桥桩４个监测点上桩弯矩可以看出，隧道拱部上方６ｍ位置以及仰拱底部以下２ｍ位置出现两个极值。
最大，最大值为５．２ｍｍ；３＃桥桩Ｎｏ．２监测点沉降最大，最大值为５．９４ｍｍ；４＃桥桩Ｎｏ．２监测点沉
最大值为４．降最大，９８ｍｍ；５＃桥桩Ｎｏ．２监测点沉降最大，最大值为５．４２ｍｍ。计算所得隧道周边土体位移云图、桥桩水平位移及弯矩见图５～７
。
４ 桥桩保护措施
当前，对桥桩的保护主要从两方面入手：一方面是对桥桩的主动保护；另一方面是加强盾构掘进的过程控制。桥桩的主动保护措施主要有以下几种：
］１０１２－
土层主动加固、构筑物原位加固、设置隔离桩［
（隔断法）等。
图５
隧道周边位移云图
４．１ 设置隔离桩保护桥桩
周边环境和施工难度，根据桥桩的重要性等级、
本工程拟采用设置隔离桩进行保护：在桥桩和盾构隧道之间打设Φ局部设置８００＠１２００的隔离桩、
，详见图８、以减少隧１５０＠６００的复合锚杆桩（９）Φ
道开挖对高铁桥梁桩基的影响
。
图６ １＃
桥不同监测点桩基水平位移
图７ １＃桥不同监测点桩基弯矩
其余桥桩均１＃桥桩中，Ｎｏ．３监测点沉降最大，
为Ｎ这是因为１＃桥桩中Ｎｏ．２监测点沉降最大，ｏ．剩余桥桩Ｎ３监测点和隧道之间净距最小，ｏ．２监测
同时３＃桥桩Ｎ点和隧道之间净距最小；ｏ．２监测点是所有桥桩中和隧道净距最小的点，沉降值最大的点也是该点，最大值为５．说明隧道和桥桩９４ｍｍ，施工对桥桩沉降影响越大。此时，桥桩沉距离越近，
降已接近高铁桥桩安全控制值，设计中应采取保护措施。
图８ 隔离桩保护平面图
３Ｄ
为评估保护措施的具体效果，采用Ｆ数ＬＡＣ
值计算软件模拟分析。隔离桩采用桩结构单元模拟，按设计图纸进行布置，计算模型见图１０。隔离
３
／，桩重度为２弹性模量与泊松比分别为３５ｋＮｍ０２
、，截面面积为０．单位剪切弹簧刚０．２，５０２４ｍＧＰａ
，、度为５ＭＰ其粘聚力与摩擦角分别为２ａ５．３ｋＰａ
，，单位法向弹簧刚度为１ＭＰ其粘聚力与摩擦１２°ａ
、。角分别为２５．３ｋＰａ１２°
图１２ １＃
桥不同监测点桩基水平位移
图９ 隔离桩保护剖面图（示意）
隔离桩加固保护工况下，计算得到各桥桩沉降为：最大值为３．１＃桥桩Ｎｏ．３监测点沉降最大，２０６最大值为ｍｍ；２＃桥桩Ｎｏ．２监测点沉降最大，
最大值３．１３３ｍｍ；３＃桥桩Ｎｏ．２监测点沉降最大，为３．最大２９ｍｍ；４＃桥桩Ｎｏ．２监测点沉降最大，值为３．最１５ｍｍ；５＃桥桩Ｎｏ．２监测点沉降最大，大值为３．１７８ｍｍ。计算得到的隧道周边土体位移桥桩的弯矩见图１云图、１～１３
。
图１３ １＃桥不同监测点桩基弯矩
方面作用显著。
从图１由于隔离桩的存在，隧１位移云图看出，道周边土体漏斗型位移影响范围比非保护工况在地表有所缩小，此时为７０ｍ。图１２中１＃桥桩水平位桩基在地表位置（桩头）移与非保护工况趋势相似，
水平位移为１．比非保护工况减小约２８０ｍｍ，０％，向隧道开挖轮廓面发展，在隧道拱部３．２ｍ位置为水平位移零值。图１３中１＃桥桩４个监测点上桩桩基在隧道拱部上方弯矩与非保护工况表现相似，
６ｍ位置以及仰拱底部以下２ｍ位置出现两个极
值，极值与非保护工况减小约２０％。
计算结果表明，采取隔离桩后，对高铁桥桩的沉降及受力有一定的改善作用，能较大限度的减少盾构施工对桥桩的影响。隔离桩设置起到了“承受开挖施工引起的侧向土压力和地基差异沉降产生的摩
［１３］
的作用。当盾构隧道施工时，影响范围内阻力”
的土体向隧道方向发生位移，此时隔离桩起到一定的挡土和隔断作用，从而限制了土体及桥桩的水平另一方面，盾构隧道施工时，影响范围内的变形；
图１０
隔离桩工况计算模型平面
土体除了向隧道侧的水平位移外，土体还会发生竖向沉降，隔离桩能承担土体由于沉降传递过来的摩擦力，限制桩外土体的竖向沉降，将隔离桩内外的竖向变形隔断。４．２ 盾构掘进过程控制
为进一步减少盾构施工对桥桩的影响，盾构施工中需要采取以下综合措施：
（）通过前的准备工作１
盾构机在距离高铁桥桩２加强设备维０ｍ时，修，进行刀盘、注浆系统、密封系统、推进千斤顶及监控系统等设备的检修，确保穿越过程中设备无故障、连续匀速通过。
图１１ 隧道周边位移云图
采取隔离桩保护措施后，沉降最大点为３＃桥桩Ｎ沉降最大值为３．比保护前ｏ．２监测点；２９ｍｍ，减少了近４设置隔离桩的措施对控制桥桩沉降５％，
（）盾构掘进控制２
对盾构到达高铁下方前５０ｍ范围内的掘进参数及地面沉降情况进行统计分析，制定盾构掘进最优参数。在过铁路时应适当放慢盾构的掘进速度，匀速穿越铁路区段，以尽量减少对土体的扰动。
加强对盾构掘进中的工况管理，严防泥饼生成和土仓堵塞，避免在铁路范围内清洗土仓，减少盾构推进方向的改变。
确保盾尾密封，加强盾尾舱的管理：在推进过程中，增加盾尾刷保护及严格控制盾尾油脂的压注；并安排专人观察盾尾漏浆情况，确定无漏浆后再进行正常掘进。
（）加强施工监测３
加强监测，尤其是对高铁桥桩的监测。在过铁路处布设主观测断面，对地层和轨面做变形量测。充分重视监控量测信息化施工，及时优化调整掘进施工参数，做到信息化动态施工管理。
［］１ＯＧＡＮＡＴＨＡＮ Ｎ，ＰＯＵＬＯＳＨ Ｇ，ＳＥＷＡＲＴＤＰ．Ｃｅｎｔｒｉ Ｌ －Ｔ －
ｆｕｅｍｏｄｅｌｔｅｓｔｉｎｏｆｔｕｎｎｅｌｌｉｎｉｎｄｕｃｅｄｒｏｕｎｄａｎｄｉｌｅｄｅ － －ｇｇｇｇｐ ［］，（）：ｆｏｒｍａｔｉｏｎｓＪ．Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｕｅ２０００，５０３２８３２９４．－ｑ
［］崔光耀，喻波．广州地铁西村站近接高架桥桩基影响分２ 王明年，
］：区及应用研究［岩石力学与工程学报，Ｊ．２００９，２８（７）１３９６－１４０４．
［］３ＥＥＧ，ＮＧＣ．Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆａｄｖａｎｃｉｎｏｅｎｆａｃｅｔｕｎｎｅｌｉｎｏｎａｎ Ｌ ｇｐｇ
［］ｅｘｉｓｔｉｎｌｏａｄｅｄｉｌｅＪ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌａｎｄＧｅｏｅｎｖｉｒ －ｇｐ ，（）：ｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｉｎｅｅｒｉｎ２００５，１３１２１９３２０１． －ｇｇ
［］陈寿根，邓稀肥．盾构法施工对地表及桥梁桩基的影响分４ 张恒，
］（）：析［地下空间与工程学报，Ｊ．２０１１，７３５５２５５７．－
［］邓飞皇，聂雯，等．地铁隧道近距穿越施工对桩基承载５ 杨晓杰，
］：力的影响研究［岩石力学与工程学报，Ｊ．２００６，２５（６）１２９０－１２９５．
［］项彦勇，刘维宁．地铁施工引起邻近桥梁桩基差异沉降６ 何海健，
］：的概率分析［岩石力学与工程学报，增１）Ｊ．２００７，２６（３２５７－３２６５．
［］刘维宁，索晓明，等．城市地铁施工近邻短桩桥基加固效７ 吴波，
］（）：果研究［土木工程学报２Ｊ．００６，３９７９９１０３．－
［］刘维宁，索晓明，等．地铁施工方案对邻近桥基的沉降影８ 吴波，
］（）：地下空间与工程学报，响优化分析［Ｊ．２００６，２３４３４４３７．－［］朱元生．邻近桥桩暗挖地铁车站施工方案及桥桩保护９ 李兆平，
］：岩石力学与工程学报，增１）措施研究［Ｊ．２００８，２７（３１３２－３１３９．
［］王梦恕，张顶立，等．导洞－隔离桩体系工作机理研究１０ 姚海波，
］（）：与侧向变形分析［土木工程学报，Ｊ．２００６，３９４１０５１０９．－
［］］深基坑工程树根桩隔离作用实例分析［建筑技术，１１Ｊ． 吴权．
（）：２００７，３８３１９９２０２．－
［］贾坚，谢小林．隔离桩在深基坑开挖保护相邻建筑中１２ 翟杰群，
］（）：的应用［地下空间与工程学报，Ｊ．２０１０，６１１６２１６６．－
［］侯学渊．基坑工程手册［北京：中国建筑工业出版１３Ｍ］． 刘建航，
（）：社，１９９７４８６０．
参考文献
５ 结论
通过数值模拟，对盾构近距离侧穿高铁桥桩的研究表明：变形特征及保护措施进行了探讨，
）（盾构近距离侧穿桥桩施工时，由于隧道开挖１
轮廓线上应力释放、盾构管片与土体之间相互作用，使高铁桥桩产生较大竖向沉降及水平向弯矩。（）桥桩距离盾构隧道结构外轮廓边线越近，盾２
构施工对桥桩变形与受力的影响越大。
）（对于本项目而言，采取设置隔离桩的措施３
对桥桩的沉降及受力有一定的改善作用，能较大后，
可为今后类似限度的减少盾构施工对桥桩的影响，工程提供借鉴。
ＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＭｅａｓｕｒｅｓａｎｄＳｔｕｄｏｎｔｈｅＥｆｆｅｃｔ ｙ
ｏｆＴｕｎｎｅｌＢｏｒｉｎＡｄａｃｅｎｔｔｏＢｒｉｄｅＰｉｌｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｇｊｇ
ＣＨＥＮ Ｈｕｉ
（，，Ｗｕ）ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｔｒｕｃｔｕｒｅＥｎｉｎｅｅｒｉｎＣｈｉｎａＲａｉｌｗａＳｉＹｕａｎＳｕｒｖｅａｎｄＤｅｓｉｎＧｒｏｕＣｏ．Ｌｔｄ．ｈａｎ４３００６３ ｇｇｙｙｇｐ
ＡｂｓｔｒａｃｔｈｉｓａｅｒｒｅｓｅｎｔｓａｃａｓｅｓｔｕｄｉｓｏｆＺｈｅｎｚｈｏｕＮｏ．３ＭｅｔｒｏＬｉｎｅＴｕｎｎｅｌＢｏｒｉｎａｄａｃｅｎｔｔｏｔｈｅｉｌｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆ Ｔ ｐｐｐｙｇｇｊｐ ａｈｉｈｓｅｅｄｒａｉｌｗａｂｒｉｄｅ．ＴｈｅＦａｓｔＬａｒａｎｅｆｉｎｉｔｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｃｏｄｅｗａｓａｄｏｔｅｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｉｍａｃｔｏｆｔｕｎｎｅｌｂｏｒｉｎｏｎ － ｇｐｙｇｇｇｐｐｇ ：ｔｈｅｉｌｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｕｅｓｔｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｗｉｌｌｉｎｄｕｃｅａｄｄｉｔｉｏｎａｌｖｅｒｔｉｃａｌｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｂｅｎｄｉｎ ｐｇｇｇｍｏｍｅｎｔ．Ｔｈｉｓｉｌｅｓ．ｉｍａｃｔｃａｎｂｅｍｉｔｉａｔｅｄｂｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｐｐｇｙ
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盾构隧道近接施工对桥桩
影响及保护措施
陈 辉
（）中铁第四勘察设计院集团有限公司城地院结构所，武汉 ４３００６３
摘 要：以郑州地铁３号线盾构隧道近距离侧穿高铁高架桥桩为例，利用有限差分软件，分析了盾构施工对临近桥桩的影响，并提出设置隔离桩保护桥桩的方案。结果表明：盾构近距离侧穿桥桩时，桥桩会产生较大的竖向沉降和水平弯矩；采取设置隔离桩的措施后，对桥桩的沉降及受力有一定的改善作用，能较大限度地减少盾构施工对桥桩的影响。
关键词：郑州地铁；盾构侧穿；高铁桥桩；数值模拟；隔离桩
（）中图分类号：Ｕ４５６ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００４３１５２２０１５０３０００１０５－－－
最小净距为３．盾构隧道与高铁桥桩平剖面相８９ｍ，
１ 引言
在城市轨道交通建设过程中不可避免地会对周其中，盾构近距离侧穿铁路或市政边环境产生影响，
桥桩的评价与保护是建设过程中经常遇到的难题，也是盾构隧道施工中需要迫切解决的问题之一。近很多学者在“盾构侧穿对相邻桥桩影响”方面些年，
］１６－
，做了大量的研究和探索［这对桥桩的影响预测、
对关系见图１、图２。本盾构区间穿越高铁跨线桥多达５座，产权单位多、保护距离小、高铁保护控制标准高、地质复杂、施工风险高，保护难度大。本工程计划２０１５年１２月开始施工
。
加固及保护方案等方面提供了理论指导。众多建设者及研究者从盾构施工方案优化及邻近桥桩变形控减少或消除盾构对相邻桥桩制与加固两方面着手，
］７９－
。的影响［
本文以郑州地铁３号线某盾构区间侧穿郑武高铁跨线桥、郑西高铁跨线桥等５条高铁跨线桥为例，
３Ｄ
，利用有限差分程序Ｆ模拟盾构隧道掘进与ＬＡＣ
图１ 地铁３
号线与高铁跨线桥平面关系图
管片安装施工过程，分析了盾构施工对相邻高铁桥桩的影响，并提出合理的桥桩保护方案，可为类似工程提供借鉴。
２ 工程概况
２．１ 工程概况
郑州地铁３号线某盾构区间采用单层装配式钢筋混凝土衬砌管片，盾构隧道埋深约２３．７ｍ左右，盾构机为土压平衡盾构。隧道外皮和高铁桥桩之间
２０１５０１２１ 收稿日期：－－
，陈 辉（男，工程师，研究方向为地下工程设计。１９８２－） 作者简介：
图２ 地铁３号线与高铁跨线桥剖面关系图
盾构侧穿的郑武高铁跨线桥、郑西高铁跨线桥等５座高铁跨线桥桥桩承台为５桩、８桩或１１桩承台，桩基均为Φ桩长４１．００ｍ钻孔灌注桩，０～５０ｍ
之间。桥梁为简支梁，梁跨为３２．６ｍ。盾构隧道和高铁桩基之间的净距详见表１。
表１ 隧道与高铁桥桩最小净距表（ｍ）
桥名西北联络
线桥（１＃桥）郑武跨陇海铁路桥（２＃桥）北下行联络线桥（３＃桥）郑武跨陇海铁路桥（４＃桥）郑机城际铁路跨陇海铁路桥（５＃桥）
２１２０ １９ 桥墩号１４３ １４２ １４１５ ６ ７４８ ４９ ５０６ ７ ８
—６．２７ ９．８１
距离左
线隧道１２．８９ —１３．８６８．２７ —１４．７３．８９ —１４．９１５．４６ —
距离右线隧道—８．２２１３．０６—８．５５１１．７８—１０．３１９．５１—７．６８１３．２８１２．５３３．６３—
／，和《客运专线３００～３５０ｋｍｈ轨道不平顺管理值》
结合国内已有成功穿越高铁的工程经验，建议本区间穿越郑武高速铁路跨线桥等５座高铁跨线桥沉降控制标准为：ｍｍ；①轨面沉降值不得超过６②相邻两股钢轨水平高差不得超过６ｍｍ；③相邻两股钢轨三角坑不得超过６ｍｍ；④桥梁相邻桥墩差异沉降值不得超过６ｍｍ。
３ 施工影响预测
３Ｄ
，利用有限差分程序Ｆ对盾构隧道侧穿ＬＡＣ
高铁桥桩施工过程进行模拟分析。
３．１ 工程地质及材料力学参数
根据地质勘查报告，工程所处地层为黄河冲洪积平原，主要地层为填土层、砂质粉土层、细砂层及粉质粘土层。盾构隧道主要穿越地层为砂层和粉质黏土层。计算时选取编号Ｔ３ＪＺ２１４ＺＢ０７钻孔进行计－Ⅱ－。算。土层分布及各层土的物理力学参数见表２
粘聚力（）ｋＰａ８．０ １３．０ ２３．０ １３．５ １４．０ ０ ０ １７．０
压缩模量
（）ＭＰａ４．０３．５８．０３．５４．６１７．５２４．０９．１
２．２ 高铁桥梁控制标准
（铁路线路维修规则》铁运［参照《２００６］１４６号）
土层
编号１－１２－２１２－３３２－２２２－２３２－４２２－５３３－２１
层厚
（ｍ）２．７ ３．７ ３．１ １．９ ４．８ ３．２ １０．９ １５．０
容重
３）（／ｋＮｍ１８．０ １９．３ １９．７ １９．０ １９．０ １９．５ ２０．０ １９．８
表２ 模型材料物理力学参数表
序号１ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８
土层名称杂填土粉质粘土粘质粉土粉质粘土粉质粘土粉砂细砂粉质粘土
内摩擦
）角（°８．１ １９．６ １３．５ ２２．５ ２５．０ ２８．０ ３２．０ ３４．３
土层状态
成分杂乱、松散褐灰色，软塑～可塑稍湿～湿，稍密～中密软塑～可塑软塑～可塑饱和，中密～密实饱和，密实可塑～硬塑
３．２ 计算模型与网格划分
模拟过程分为三步：第一步，在设置人工边界和材料属性赋值后，通过对所有土体单元赋予重力来实现初始地应力；第二步，在位移场和速度场清零通过软件自带的结构单元模拟高铁桥桩，并在桩后，
头位置设置集中荷载，在重力作用下计算土层受力状态；第三步，在位移场清零后，左线隧道首先掘进与管片施做，随后，右线隧道掘进与管片施做，其中，在盾构隧道圆形开挖面上应力释放率设定为１０％。为简化分析，不考虑土体流变与混凝土蠕变、不考虑不考虑盾构管片与围岩之间空隙同步地下水影响，
／注浆及二次注浆。其中，高铁桥桩重度为２５ｋＮ
３，、弹性模量与泊松比为３截面面ｍ２．５ＧＰａ０．１６７，
２，，单位剪切弹簧刚度为２其粘积为０．７８５ｍ０ＭＰａ
长度为１重力方向（长度为５模型００ｍ，ｚ方向）８ｍ，（，宽度大于５ｄ孔洞直径）左、右线隧道在ｘ轴范围分别为－５３．８ｍ～－６０ｍ、－２９．８ｍ～３６ｍ。模型计算网格如图３所示，１＃～５＃桥桩与Ｎｏ．１～Ｎｏ．４监测点平面布置见图４
。
、，聚力与摩擦角分别为５单位法向弹簧刚０ｋＰａ２０°，、。度为１其粘聚力与摩擦角分别为４ｋ０ＭＰａＰａ２０°
采用直角坐标系，其中，垂直于隧道掘进方向（长度为９沿着隧道掘进放线（ｘ方向）０ｍ，ｙ方向）
图３ 三维计算模型示意图
３．３ 计算结果分析
各桥桩沉降为：１＃桥桩Ｎｏ．３监测点沉降最大，最大值为５．０６ｍｍ；２＃桥桩Ｎｏ．２监测点沉降
从图５位移云图看出，隧道周边土体在盾构管片施工完成后的位移云图呈漏斗型，最大值出现在隧道仰拱附近，影响范围至仰拱底部以下５ｍ左右，约为１倍洞径；其中位移场影响范围仅局限于左桥桩对土体位移有一定的阻碍作右两侧桥桩之间，
由于盾用。从图６中１＃桥桩水平位移可以看出，构施工的影响，桥桩桩体产生水平位移，桩基在地表位置（桩头）水平位移最大，向隧道侧移动，最大值为
图４ 桥桩与监测点编号图
水平位移在隧道拱部３．２．２４ｍｍ，２ｍ位置出现拐
点。由于盾构施工的影响，桥桩上产生了弯矩，从图桩基在７中１＃桥桩４个监测点上桩弯矩可以看出，隧道拱部上方６ｍ位置以及仰拱底部以下２ｍ位置出现两个极值。
最大，最大值为５．２ｍｍ；３＃桥桩Ｎｏ．２监测点沉降最大，最大值为５．９４ｍｍ；４＃桥桩Ｎｏ．２监测点沉
最大值为４．降最大，９８ｍｍ；５＃桥桩Ｎｏ．２监测点沉降最大，最大值为５．４２ｍｍ。计算所得隧道周边土体位移云图、桥桩水平位移及弯矩见图５～７
。
４ 桥桩保护措施
当前，对桥桩的保护主要从两方面入手：一方面是对桥桩的主动保护；另一方面是加强盾构掘进的过程控制。桥桩的主动保护措施主要有以下几种：
］１０１２－
土层主动加固、构筑物原位加固、设置隔离桩［
（隔断法）等。
图５
隧道周边位移云图
４．１ 设置隔离桩保护桥桩
周边环境和施工难度，根据桥桩的重要性等级、
本工程拟采用设置隔离桩进行保护：在桥桩和盾构隧道之间打设Φ局部设置８００＠１２００的隔离桩、
，详见图８、以减少隧１５０＠６００的复合锚杆桩（９）Φ
道开挖对高铁桥梁桩基的影响
。
图６ １＃
桥不同监测点桩基水平位移
图７ １＃桥不同监测点桩基弯矩
其余桥桩均１＃桥桩中，Ｎｏ．３监测点沉降最大，
为Ｎ这是因为１＃桥桩中Ｎｏ．２监测点沉降最大，ｏ．剩余桥桩Ｎ３监测点和隧道之间净距最小，ｏ．２监测
同时３＃桥桩Ｎ点和隧道之间净距最小；ｏ．２监测点是所有桥桩中和隧道净距最小的点，沉降值最大的点也是该点，最大值为５．说明隧道和桥桩９４ｍｍ，施工对桥桩沉降影响越大。此时，桥桩沉距离越近，
降已接近高铁桥桩安全控制值，设计中应采取保护措施。
图８ 隔离桩保护平面图
３Ｄ
为评估保护措施的具体效果，采用Ｆ数ＬＡＣ
值计算软件模拟分析。隔离桩采用桩结构单元模拟，按设计图纸进行布置，计算模型见图１０。隔离
３
／，桩重度为２弹性模量与泊松比分别为３５ｋＮｍ０２
、，截面面积为０．单位剪切弹簧刚０．２，５０２４ｍＧＰａ
，、度为５ＭＰ其粘聚力与摩擦角分别为２ａ５．３ｋＰａ
，，单位法向弹簧刚度为１ＭＰ其粘聚力与摩擦１２°ａ
、。角分别为２５．３ｋＰａ１２°
图１２ １＃
桥不同监测点桩基水平位移
图９ 隔离桩保护剖面图（示意）
隔离桩加固保护工况下，计算得到各桥桩沉降为：最大值为３．１＃桥桩Ｎｏ．３监测点沉降最大，２０６最大值为ｍｍ；２＃桥桩Ｎｏ．２监测点沉降最大，
最大值３．１３３ｍｍ；３＃桥桩Ｎｏ．２监测点沉降最大，为３．最大２９ｍｍ；４＃桥桩Ｎｏ．２监测点沉降最大，值为３．最１５ｍｍ；５＃桥桩Ｎｏ．２监测点沉降最大，大值为３．１７８ｍｍ。计算得到的隧道周边土体位移桥桩的弯矩见图１云图、１～１３
。
图１３ １＃桥不同监测点桩基弯矩
方面作用显著。
从图１由于隔离桩的存在，隧１位移云图看出，道周边土体漏斗型位移影响范围比非保护工况在地表有所缩小，此时为７０ｍ。图１２中１＃桥桩水平位桩基在地表位置（桩头）移与非保护工况趋势相似，
水平位移为１．比非保护工况减小约２８０ｍｍ，０％，向隧道开挖轮廓面发展，在隧道拱部３．２ｍ位置为水平位移零值。图１３中１＃桥桩４个监测点上桩桩基在隧道拱部上方弯矩与非保护工况表现相似，
６ｍ位置以及仰拱底部以下２ｍ位置出现两个极
值，极值与非保护工况减小约２０％。
计算结果表明，采取隔离桩后，对高铁桥桩的沉降及受力有一定的改善作用，能较大限度的减少盾构施工对桥桩的影响。隔离桩设置起到了“承受开挖施工引起的侧向土压力和地基差异沉降产生的摩
［１３］
的作用。当盾构隧道施工时，影响范围内阻力”
的土体向隧道方向发生位移，此时隔离桩起到一定的挡土和隔断作用，从而限制了土体及桥桩的水平另一方面，盾构隧道施工时，影响范围内的变形；
图１０
隔离桩工况计算模型平面
土体除了向隧道侧的水平位移外，土体还会发生竖向沉降，隔离桩能承担土体由于沉降传递过来的摩擦力，限制桩外土体的竖向沉降，将隔离桩内外的竖向变形隔断。４．２ 盾构掘进过程控制
为进一步减少盾构施工对桥桩的影响，盾构施工中需要采取以下综合措施：
（）通过前的准备工作１
盾构机在距离高铁桥桩２加强设备维０ｍ时，修，进行刀盘、注浆系统、密封系统、推进千斤顶及监控系统等设备的检修，确保穿越过程中设备无故障、连续匀速通过。
图１１ 隧道周边位移云图
采取隔离桩保护措施后，沉降最大点为３＃桥桩Ｎ沉降最大值为３．比保护前ｏ．２监测点；２９ｍｍ，减少了近４设置隔离桩的措施对控制桥桩沉降５％，
（）盾构掘进控制２
对盾构到达高铁下方前５０ｍ范围内的掘进参数及地面沉降情况进行统计分析，制定盾构掘进最优参数。在过铁路时应适当放慢盾构的掘进速度，匀速穿越铁路区段，以尽量减少对土体的扰动。
加强对盾构掘进中的工况管理，严防泥饼生成和土仓堵塞，避免在铁路范围内清洗土仓，减少盾构推进方向的改变。
确保盾尾密封，加强盾尾舱的管理：在推进过程中，增加盾尾刷保护及严格控制盾尾油脂的压注；并安排专人观察盾尾漏浆情况，确定无漏浆后再进行正常掘进。
（）加强施工监测３
加强监测，尤其是对高铁桥桩的监测。在过铁路处布设主观测断面，对地层和轨面做变形量测。充分重视监控量测信息化施工，及时优化调整掘进施工参数，做到信息化动态施工管理。
［］１ＯＧＡＮＡＴＨＡＮ Ｎ，ＰＯＵＬＯＳＨ Ｇ，ＳＥＷＡＲＴＤＰ．Ｃｅｎｔｒｉ Ｌ －Ｔ －
ｆｕｅｍｏｄｅｌｔｅｓｔｉｎｏｆｔｕｎｎｅｌｌｉｎｉｎｄｕｃｅｄｒｏｕｎｄａｎｄｉｌｅｄｅ － －ｇｇｇｇｐ ［］，（）：ｆｏｒｍａｔｉｏｎｓＪ．Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｕｅ２０００，５０３２８３２９４．－ｑ
［］崔光耀，喻波．广州地铁西村站近接高架桥桩基影响分２ 王明年，
］：区及应用研究［岩石力学与工程学报，Ｊ．２００９，２８（７）１３９６－１４０４．
［］３ＥＥＧ，ＮＧＣ．Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆａｄｖａｎｃｉｎｏｅｎｆａｃｅｔｕｎｎｅｌｉｎｏｎａｎ Ｌ ｇｐｇ
［］ｅｘｉｓｔｉｎｌｏａｄｅｄｉｌｅＪ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌａｎｄＧｅｏｅｎｖｉｒ －ｇｐ ，（）：ｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｉｎｅｅｒｉｎ２００５，１３１２１９３２０１． －ｇｇ
［］陈寿根，邓稀肥．盾构法施工对地表及桥梁桩基的影响分４ 张恒，
］（）：析［地下空间与工程学报，Ｊ．２０１１，７３５５２５５７．－
［］邓飞皇，聂雯，等．地铁隧道近距穿越施工对桩基承载５ 杨晓杰，
］：力的影响研究［岩石力学与工程学报，Ｊ．２００６，２５（６）１２９０－１２９５．
［］项彦勇，刘维宁．地铁施工引起邻近桥梁桩基差异沉降６ 何海健，
］：的概率分析［岩石力学与工程学报，增１）Ｊ．２００７，２６（３２５７－３２６５．
［］刘维宁，索晓明，等．城市地铁施工近邻短桩桥基加固效７ 吴波，
］（）：果研究［土木工程学报２Ｊ．００６，３９７９９１０３．－
［］刘维宁，索晓明，等．地铁施工方案对邻近桥基的沉降影８ 吴波，
］（）：地下空间与工程学报，响优化分析［Ｊ．２００６，２３４３４４３７．－［］朱元生．邻近桥桩暗挖地铁车站施工方案及桥桩保护９ 李兆平，
］：岩石力学与工程学报，增１）措施研究［Ｊ．２００８，２７（３１３２－３１３９．
［］王梦恕，张顶立，等．导洞－隔离桩体系工作机理研究１０ 姚海波，
］（）：与侧向变形分析［土木工程学报，Ｊ．２００６，３９４１０５１０９．－
［］］深基坑工程树根桩隔离作用实例分析［建筑技术，１１Ｊ． 吴权．
（）：２００７，３８３１９９２０２．－
［］贾坚，谢小林．隔离桩在深基坑开挖保护相邻建筑中１２ 翟杰群，
］（）：的应用［地下空间与工程学报，Ｊ．２０１０，６１１６２１６６．－
［］侯学渊．基坑工程手册［北京：中国建筑工业出版１３Ｍ］． 刘建航，
（）：社，１９９７４８６０．
参考文献
５ 结论
通过数值模拟，对盾构近距离侧穿高铁桥桩的研究表明：变形特征及保护措施进行了探讨，
）（盾构近距离侧穿桥桩施工时，由于隧道开挖１
轮廓线上应力释放、盾构管片与土体之间相互作用，使高铁桥桩产生较大竖向沉降及水平向弯矩。（）桥桩距离盾构隧道结构外轮廓边线越近，盾２
构施工对桥桩变形与受力的影响越大。
）（对于本项目而言，采取设置隔离桩的措施３
对桥桩的沉降及受力有一定的改善作用，能较大后，
可为今后类似限度的减少盾构施工对桥桩的影响，工程提供借鉴。
ＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＭｅａｓｕｒｅｓａｎｄＳｔｕｄｏｎｔｈｅＥｆｆｅｃｔ ｙ
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