0 引言

　　随着我国城市化进程加快，城市规模日益增大，地铁作为公共交通运输工具，因其运载能力强、速度快、清洁高效以及合理利用地下空间等特点，得到了迅猛发展^[1,2,3]。目前地铁盾构施工下穿城市建(构)筑物的工程较多，已经积累了较多的成功经验，但是穿越城际高铁桥梁的报道较少^[4,5,6,7,8]。盾构施工过程中难免会引起周围土体变形，下穿既有高铁线路时若处理不当，易造成更大的经济损失。因此，开展下穿既有高铁线路的施工技术研究，具有重要的实际意义^[9,10]。

　　苏州城市轨道交通S1线下穿京沪高铁丹昆特大桥，系苏州城市轨道交通S1线节点工程。以该工程为背景，通过理论分析和数值模拟，研究软弱地层地区地铁盾构下穿既有高铁线路施工技术，为今后类似工程提供参考。

　　1 工程概况

　　根据苏州城市轨道交通规划，S1线唯亭站—阳澄湖南站区间地铁盾构施工时，在草鞋山遗址西侧以半径700m曲线近似垂直下穿京沪高铁(里程约为K1 253+746.06—K1 253+803.50)，如图1所示。京沪高速铁路丹昆特大桥采用无砟轨道、无缝钢轨，设计时速为380km/h，目前运营速度为350km/h。盾构隧道左右线自相邻两跨分别正穿，隧道与丹昆特大桥桥桩最小水平净距约为6.06m，下穿段桥下净空约为13m，下穿京沪高铁桥梁设计墩号为412,413和414。穿越处隧道埋深约18m，其中西侧的左线隧道自河流下方穿越，下穿处水深约2.9m，东侧的右线隧道自地面下方穿越，浅土层为第四纪全新世至早更新世沉积的疏松沉积物，以黏性土为主，间夹砂性土。

　　图1 下穿京沪高速铁路平面  

　　依据现行规范要求^[11]，高速铁路无砟轨道的工后沉降应符合扣件调整能力以及线路竖曲线圆顺性的要求，允许地表最大沉降为15mm。根据TB10182—2017《公路与市政工程下穿高速铁路技术规程》，受下穿工程影响的高速铁路墩台顶位移允许最大横向水平位移、最大纵向水平位移和最大竖向位移均为2mm。

　　2 穿越京沪高铁加固方案及处理措施

　　以往穿越普通铁路工程案例中，其加固方案一般只对地层进行注浆，并配以微扰动的掘进参数，基本可确保穿越施工安全。根据《公路与市政工程下穿高速铁路技术规程》的要求，并参照国内相关工程经验及成果，结合S1线穿越点的具体情况，对穿越段提出采用在桥桩之间进行隔离桩-袖阀管注浆加固方案。

　　由于西侧线路自河流下方穿越，需先对河流进行双排拉森钢板桩围堰施工，抽水后进行加固施工，本区段盾构下卧土层为(6)₂粉质黏土，穿越土层为(5)₁粉质黏土和(6)₁黏土层，上覆土层为(1)₃素填土、(3)₁黏土、(3)₂粉质黏土、(3)₃粉土和(4)₂粉砂夹粉土，穿越土层和下卧土层土质较好。竖向注浆加固范围为上覆土层(3)₃粉土层和(4)₂粉砂夹粉土层，对隧道左右两侧1m范围内进行加固。注浆加固前，为了减少因注浆对高铁桥梁桩基的影响，在加固区外侧设置1 000mm@1 200mm钻孔灌注桩作为隔离桩，其中自24.6m跨下方采用800mm@1 000mm钻孔灌注桩作为隔离桩，隔离桩底部低于盾构隧道底3m。在隔离桩顶部施工冠梁和混凝土支撑，其中混凝土支撑水平间隔6m设置1道。1 000mm@1 200mm钻孔灌注桩顶部冠梁截面尺寸为1.0m×0.8m，800mm@1 000mm钻孔灌注桩顶部冠梁截面尺寸为0.8m×0.8m，混凝土支撑截面尺寸均为0.8m×0.8m。注浆孔注浆压力0.2～0.5MPa，注浆孔均为竖向，间距为1.2m×1.2m。注浆量计算参照以下公式:

　　式中:Q为注浆量;R为浆液扩散半径;h为注浆段长度;n为地层裂隙度(空隙率);α为浆液填充率，取为0.7～0.9;β为浆液损失率，取为10%～30%。浆液扩散半径0.8m，一般位置注浆浆液选用1∶1水泥浆，最外圈注浆浆液选用1∶1水泥-水玻璃双液浆。注浆加固过程中应实时监测，尽量减少注浆时注浆压力对铁路桥梁的影响，保证桥墩侧向位移在0.5mm内。

　　注浆加固后应检测加固效果，注浆加固体无侧限抗压强度≥0.5MPa。在钢板桩围堰东侧与驳岸间设置1根DN800过水管，材质为螺旋缝埋弧焊钢管，并在过水管上方回填砂袋，作为施工便道。

　　3 双线盾构穿越既有高铁线路仿真分析

　　根据盾构区间与京沪高铁的位置关系，使用GTS NX有限元软件进行数值模拟分析。隧道结构选用弹性本构计算模型，计算土体选用莫尔-库仑弹塑性本构模型模拟。将土层简化为水平层状分布的弹塑性材料，本构模型选用M-C弹塑性模型，根据实际地勘报告选取土层参数。土体和混凝土承台以及盾构管片采用二维实体单元，桩采用梁单元模拟;模型底部约束水平和竖直方向变形;模型两侧约束水平变形，竖直方向变形不约束，有限元模型如图2所示。

　　图2 有限元模型  

　　区间隧道下穿京沪高铁丹昆特大桥，取土体范围为170m×80m(长×高)，在此区域模拟隧道开挖。施工顺序为在高铁桥下采取加固措施，然后再进行盾构掘进施工。经计算分析形成模拟盾构施工完成后整体的沉降云图如图3所示，从图中可以看出，承台最大沉降为1.24mm，地表最大沉降为3.14mm，满足规范要求。

　　4 双线盾构穿越既有高铁线路施工监测

　　为避免区间隧道下穿铁路引起的铁路基床变形，进而影响轨道的平顺性，以及对邻近建(构)筑物，铁路两侧电力、通信等管线的影响，施工过程中加强监控量测，动态调整施工参数，优化改进施工方法，保证铁路行车安全。主要包含以下内容:地表沉降，高铁桥墩整体的沉降变化量，相邻高铁桥墩累计沉降差值，桥墩顶部顺桥向位移和横桥向位移，桥墩倾角，线路沉降、水平位移等。

　　图3 两线施工后模型整体变形云图 

　　4.1 观测点设置

　　在线路两侧2～6m范围内埋设2排观测桩，桩纵向间距约6m;每个桥墩处设置4个偏转角观测点，其中2个观测点设置在桥墩底部，另外2个观测点设置在上述2个测点上方1～1.8m的位置(根据现场情况确定实际位置)。

　　4.2 观测墩设置

　　固定观测墩时需尽量避免靠近施工影响区域，保证观测墩稳定，高度适宜，通视良好，且能满足各阶段施工监测的要求。观测墩顶部设有固定全站仪的强制对中盘和防水罩，近地面部分安装防水集线箱(含供电系统和数据存储装置)，如图4所示。

　　图4 观测墩示意  

　　4.3 监测期及频率

　　根据本工程特点，将监测分为两期。一是线路加固施工期间的监测，二是盾构施工期间的监测。观测期为地基加固施工开始至盾构推进施工结束后2个月。地基加固及盾构施工期间应持续对高铁桥梁进行同步跟进实时监测。

　　5 结语

　　1)根据高铁保护控制标准，提出隔离桩-袖阀管注浆加固方案，并总结该方案的具体实施步骤。

　　2)采用有限元数值模拟方法，计算经隔离桩-袖阀管注浆加固，盾构下穿既有高铁线路施工结束后桥墩沉降满足规范要求。

　　3)根据地铁盾构下穿既有高铁线路施工的特点，提出具体监测方案，以保证施工安全顺利进行。