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地鐵路基樁板結構施工對既有高速鐵路路基的影響研究

文檔作者：康文生文檔來源：中鐵第五勘察設計院集團有限公司		點擊數：	更新時間： 2025年03月04日
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康文生：地鐵路基樁板結構施工對既有高速鐵路路基的影響研究·201·
DOI：10．13379／j．issn．1003—8825．2017．03．42
地鐵路基樁板結構施工對既有高速鐵路
路基的影響研究
康文生
(中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京102600)
摘要：針對城市軌道交通與既有高速鐵路并行段樁板結構路基施工問題，運用有限元軟件
Plaxis 3D Tunnel建立三維有限元模型，分析計算了不同樁長、下臥層土體和間距下地鐵樁板結構路
基施工引起的既有高速鐵路路基水平位移及沉降。結果表明：由地鐵樁板結構路基施工引起的既有
高速鐵路路基變形較小，而樁板結構路基填土才是引起其位移的主要因素。
關鍵詞：路基工程；樁板結構；高速鐵路；并行施工；有限元分析
中圖分類號：TU473．1 文獻標志碼：A 文章編號：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模建設，
兩者的線路在特定的空間位置不可避免地產生交叉
或并行。但下穿或并行既有高速鐵路的地鐵施工可
能會導致既有高鐵線路變形，產生軌道不平順等現
象，影響列車運行的平穩性和乘客的舒適性，并給
列車運行安全帶來隱患，因此，研究城市軌道交通
施工對既有高速鐵路的影響顯得十分必要。
徐干成等?、王俊生舊1均對北京地鐵14號線盾
構穿越京津城際鐵路引起的線路沉降進行了有限元
分析，得到了盾構掘進過程中京津城際鐵路及地表
的沉降規律。后者進一步歸納了盾構掘進對鐵路路
基沉降的橫向和縱向影響范圍，并認為采用注漿加
固可有效控制盾構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號線下穿滬寧城際鐵路為
背景，研究了盾構下穿引起的地層沉降規律及其沉
降控制措施。
霍軍帥等[41通過有限元方法研究總結了盾構開
挖引起的地表沉降規律，并對無砟軌道結構進行了
動力響應分析。
孫玉永等∞1根據數值計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測隧道
收稿日期：2016—08—24
作者簡介：康文生(1982一)，男，山西忻州人。工程師，碩士，
主要從事路基設計與科研工作的研究。E—mail：
kangwenshengl2@163．com。
上方深層土體沉降的修正Peck公式。
劉英誠[61通過對實測數據的分析，發現采用水
平定向大管棚和扣軌梁固定軌道可減小軌面沉降。
邢燁煒。刊運用有限元軟件分析了不同盾構穿越
方案下京津城際鐵路路基及軌道結構的變形規律，
并在此基礎上分析了由于盾構施工產生的軌道變形
對車輛行走性能和軌道動力特性的影響。
綜上所述，現階段絕大多數針對城市軌道交通
施工對既有鐵路的影響都是以盾構下穿為背景開展
的，而對城市軌道并行既有鐵路施工時對既有鐵路
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
既有高速鐵路路基的影響。
1工程概況
1．1工程簡介
某地鐵路基與既有高速鐵路路基并行，并行段
長度為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，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)
萬方數據
·202·
路基工程
Subgrade Engineering 2017年第3期(總第192期)
既有高速鐵路設計速度為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、列車荷載對既有高速鐵路的影
響，地鐵路基采用樁板結構路基。
樁板結構承載板單元長度為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，樁板結構示意，見圖2。
樁基主筋穿過托梁錨入承載板進行固結，兩端
承載板采用懸挑。
1．2工程地質和水文條件
并行段地層從上到下依次為：黏土質素填土、碎
石素填土、中砂、黏土、全風化花崗巖、強風化花崗
巖、中等風化花崗巖，各地層物理力學參數，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、中等風化帶中。
表1地層物理力學指標
地層代號地層名稱
∥(k重N度．m一3)
黏聚力內摩擦角
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>
黏土質素填土
碎石素填土
拋石
粉質黏土
淤泥質土
中砂
粉質黏土
砂質黏性土
全風化花崗巖
強風化花崗巖
強風化花崗巖
中風化花崗巖
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和不
2地鐵路基施工對既有高鐵的影響分析同下臥層土體的4個剖面進行地鐵樁板結構
2．1計算參數路基施工對既有高速鐵路影響的分析，見
在設計時將<1 7—4>中風化花崗巖作為圖3。
【h)2 2i【j|nI (t)1 3。川lm (．{)4 4自lJ【n
圖3地鐵樁板結構路基施工對既有高速鐵路的影響分析(單位：m)
2．2建立計算模型和邊界條件
運用Plaxis 3D Tunnel建立三維有限元模型，
1—1剖面有限元計算模型，見圖4。
圖4中，模型長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
側施加豎直滑動約束，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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甜
巧
萬方數據
康文生：地鐵路基樁板結構施工對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彈塑性屈服準則(土層計算參數
見表1)。蝙一腳
圖4 1—1剖面有限元計算模型
2．3計算工況
按地鐵樁板結構路基施工的步驟分為4個工況：
(1)施工鉆孔灌注樁。
(2)進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計算結果分析
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值均在1 mm以內。
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《高速鐵路設計規
范》(TBl0621--2009)中設計行車速度為250 km／h
時，一般地段工后沉降≤10 cm的要求。
3結論
本文通過地鐵施工對并行既有鐵路路基的影響
分析，得出以下結論：
(1)城市軌道交通并行于高速鐵路，地鐵路基
采用樁板結構時，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)由地鐵樁板結構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。
(3)由地鐵樁板結構路基施工引起的高速鐵路
路基沉降最大值為4．84 mm，遠小于《高速鐵路設計
規范》(TBl0621--2009)限定的一般地段≤10 cm，
橋臺臺尾過渡段≤5 cm的工后沉降標準。
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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)
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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