摘 要：依托南京地鐵4號線一期工程徐金區間隧道下穿京滬高鐵聯絡線及仙寧鐵路項目，運用理論分析與現場變形觀測相結合的方法，分析鐵路路基在盾構隧道施工期及工后期的沉降規律。研究表明：Peck沉降理論計算的地表沉降極大值發生在兩個隧道中心對應的地表處，隨地層損失率的增加而增加，具對稱性;與一般黏性土或者砂性土不同，軟土地質條件下盾構隧道穿越高速鐵路路基引起的沉降量主要發生在工后，沉降比率最大達75.64%，沉降穩定時間長、沉降槽的深度和寬度較大;實際觀測的沉降值遠大于理論計算值，受施工影響沉降槽曲線呈現出非對稱性。研究成果可為軟土地質條件下盾構隧道掘進變形控制以及運營期高速鐵路沉降變形控制提供參考。

　　關鍵詞：軟土;盾構隧道;高速鐵路;路基工后沉降;運營期;peck沉降曲線

　　0引言

　　隨著我國立體交通網絡的發展，城市軌道交通建設不斷取得新的突破。但是，地鐵隧道施工過程中面臨的新問題和新挑戰也不斷涌現，如盾構隧道對地上建筑物的下穿、對地下結構物的側穿等，地鐵盾構隧道下穿運營期高速鐵路是此類問題中的高風險問題，直接影響建設的成本、進度、工期及高鐵的運營安全[1-4]。

　　目前，盾構隧道下穿高速鐵路的研究日益增多[5-6]，王科甫[7]以廣州地鐵9號線廣花區間下穿武廣客運專線無砟軌道路基為案例，在穿越砂層、粉質黏土層條件下，分析盾構施工對高速鐵路路基變形影響，指出采用MJS旋噴樁可有效降低沉降;王文謙等[8]針對某高鐵盾構隧道下穿滬寧高速鐵路路基為案例，分別采用管幕注漿、豎井底部注漿和保壓循環對場區的粉質黏土、粉土和粉砂進行注漿加固，分析既有高鐵路基的變形規律，研究各加固方法的加固效果，確定了大直徑盾構隧道的施工參數。

　　王俊生[9]采用數值模擬的方法，以北京地鐵14號線馬永區間穿越京津城際鐵路為背景，研究粉質黏土、粉土地質條件下，鐵路路基的縱、橫向沉降，計算時考慮了高速列車振動荷載的影響;范明猛[10]以天津地鐵6號線穿越津秦高速鐵路為例，研究了粉質黏土、黏土和粉土條件下采用地表雙液注漿、洞內同步注漿和二次注漿等方式對土層加固，并采用自動化監測手段對鐵路路基沉降進行監測，以控制路基變形。

　　從現有的盾構隧道穿越高速鐵路成功案例來看，研究的主要目的是為盾構隧道的掘進確定加固方案、施工參數、加固參數，以控制高速鐵路的變形，研究的內容也主要集中在施工階段，工后沉降階段的研究較少，研究的地層也主要集中在普通的黏性土層、粉土層和砂土層，針對軟土地層的工程經驗較少[2-3，11]。

　　然而，由于工程建設的單一性，每個工程都存在自身的獨特邊界條件，涉及巖土條件也各不相同。在地表高速鐵路循環往復的振動荷載作用下，軟土與普通黏性土施工期及工后的變形規律是否一致，缺乏可靠的經驗認識及工程總結。本文依托南京地鐵4號線一期工程徐莊·蘇寧總部至金馬路站區間隧道下穿京滬高鐵聯絡線以及仙寧鐵路項目，運用理論分析以及現場變形觀測相結合的方法，分析鐵路路基在盾構隧道施工期以及工后的沉降規律。

　　1工程概況

　　1.1盾構隧道與高速鐵路路基的相互關系

　　南京地鐵4號線一期工程徐莊·蘇寧總部至金馬路站區間隧道為分離式隧道，左、右線起止里程均為DK9+703.50～DK10+819.50，線路全長1116.0m。隧道采用2臺泥水平衡盾構機掘進，右線、左線依次從金馬路站始發井開始掘進，始發間隔時間為15天。

　　在仙林大道附近，以緩和曲線穿越仙寧鐵路(雙線)和京滬高鐵聯絡線(單線)，下穿長度約為60.0m;京滬高鐵聯絡線與仙寧線上行線間距為17.0m，仙寧線上、下行線間距為4.0m，盾構隧道與鐵路線的交叉角度約為40°，下穿位置左、右線盾構隧道的中心間距約為30.0m，上覆土層厚度約為24.0m，隨后以直線掘進后達到徐莊·蘇寧總部接收井。盾構隧道外掘進外輪廓為6.7m，內輪廓直徑為5.7m，管片厚度為45cm，每片管片長度為1.2m。

　　1.2工程地質

　　根據勘察揭示：場區為典型的侵蝕堆積崗地地貌，地表起伏較小，在盾構隧道下穿鐵路路基范圍內，覆蓋層主要為Q4ml第四系近期堆填土(<1>素填土)和Q4al第四系沖積層(<2>粉質黏土、<3>淤泥質粉質黏土、<4>−2b2粉質黏土、<4>−3b1粉質黏土、<4>−4b1粉質黏土)，其中<2>粉質黏土層呈流塑−軟塑狀態，<3>淤泥質粉質黏土為流塑狀態，兩層土含水量高，力學性質差，屬高壓縮性土，受施工擾動和高速鐵路列車的反復動荷載作用影響明顯，穩定時間長。

　　場區地層物理力學指標。南京地鐵4號線徐金區間下穿鐵路地質剖面。在洞身范圍內，隧道主要穿越<4>−3b1粉質黏土，該層土的力學性質較好，壓縮模量為10.5MPa，呈可塑-硬塑狀態，上部和下部土層分別為<4>−2b2粉質黏土、<4>−4b1粉質黏土，壓縮模量分別為8.6，11.0MPa。

　　2Peck沉降理論預測沉降曲線

　　2.1理論公式

　　上世紀70年代，Peck經過大量的工程數據總結了隧道開挖引起的地表沉降曲線規律，沉降曲線可采用高斯擬合的方法計算，大致呈“盆槽狀”，隧道中心正上方為沉降槽的最低點和對稱中心，沉降值最大。Peck沉降理論假設地層為均勻的連續介質，且開挖在不排水條件下進行，忽略水的損失，地層的損失與地表沉降槽體積一致等。

　　2.2理論計算結果

　　地層損失率δ=2‰～8‰時的地表沉降曲線。在右線單洞貫通時，沉降極大值隨著地層損失率的增加而增加，但沉降的影響范圍基本不變，大致為隧道中心左右各25m;雙線貫通后，由于左線隧道掘進產生的沉降槽對右線單洞貫通沉降槽的疊加影響，地表沉降曲線呈“W”狀，仍具對稱性，沉降極大值發生在兩個隧道中心對應的地表處，且兩個最大沉降值一致，地表沉降極大值隨地層損失率的增加而增加，但沉降的影響范圍基本不變，大致為兩隧道中心左右各25m。

　　3高速鐵路路基施工期和工后沉降監測及分析

　　3.1現場監測點布置

　　在鐵路路基走向上布置5條觀測斷面，分別沿著鐵路路基邊線、京滬高鐵聯絡線軌道中心線、仙寧鐵路上行線軌道中心線和仙寧鐵路下行線軌道中心線布置，以Peck沉降理論分析可知：隧道掘進對地表沉降的影響范圍在隧道輪廓外25m，因此，監測測點布置范圍應不小于隧道外輪廓25m。在京滬高鐵聯絡線軌道中心線及鄰近路基邊線的觀測斷面，每個斷面布置20個測點，測點間距為5m;在仙寧鐵路上、下行線軌道中心線及鄰近路基邊線的觀測斷面，每個斷面布置21個測點，測點間距為5m。現場鐵路路基沉降監測點平面布置。

　　3.2監測結果分析

　　為觀測京滬高速鐵路聯絡線以及仙寧鐵路路基的變形情況，對盾構地鐵隧道的沉降監測劃分為三個階段：第一階段，盾構掘進至監測點前30m至監測點前10m;第二階段，盾構掘進至監測點前10m至監測點后10m;第三階段，盾構掘進至監測點后10m至監測點后30m，鐵路路基進入工后沉降階段。施工時，右線盾構隧道盾尾離開路基邊緣15天后，左線盾構隧道開始進入下穿節點，為保證數據曲線的可比性，均將盾構機掘進至監測點前30m為時間起點，監測總時長為200天。

　　在第一階段，土體首先出現輕微沉降，隨后逐漸隆起，但隆起量較小;進入第二階段后，受到盾構施工過程中水泥注漿、雙液注漿、控制掘進速率和出渣速率等工程措施的影響，地表沉降曲線出現了不同程度的波動，但整體而言變形值較小，均小于4.0mm;在第三階段，盾構機掘進離開監測點10m后，鐵路路基進入工后沉降階段，在80～200小時內路基的沉降出現持續緩慢地增長，但并沒有達到收斂狀態。軟土地質條件下的地表沉降主要是由于軟土在隧道掘進過程中，受到擾動應力發生調整，產生超孔隙水壓力，隨著孔隙水壓力的消散產生固結沉降，同時土體固體顆粒骨架發生蠕變產生次固結沉降。

　　其次，為高速鐵路列車活荷載對軟土的振動密實，使得土體內孔隙水的排出，產生永久累積變形，引發軌道的不平順，進一步加劇了輪軌沖擊，導致土體受到的荷載更劇烈。因此，在隧道掘進擾動和高速列車的活荷載的雙重作用下，軟土的地表沉降表現出工后沉降大、影響范圍廣和達到穩定時間長等特點。監測點JH16處沉降曲線由于隧道掘進速度的影響，土體表現出較為明顯的隆起，因此造成土體較為明顯的擾動，在后續沉降中位移變化幅度比監測點XN23和XN19大。

　　由于右線隧道的先行掘進，土層損失對軟土的原位狀態產生擾動，因此在后續沉降中，監測點JH28，XN41，XN37的后續沉降最大達到8.5mm，大于右線施工時鐵路路基沉降量，且無穩定收斂跡象。為進一步認識高速鐵路路基的工后沉降規律，對下穿節點持續140天的沉降監測，選取沿京滬高鐵聯絡線軌道中心線觀測斷面為研究對象，時間節點分別為第二階段結束后的5，20，50，80，110，140天，監測結果。

　　在左線完成下穿后，土層沉降隨著時間的增長呈現持續增長趨勢，沉降槽的深度和寬度都逐漸增加，在110天之后沉降值才趨于穩定收斂，穩定時間長，最大沉降量達到14.45mm。由于該項目軟土中無排水通道，地層本身滲透系數低，導致土體固結時間長，加上高鐵列車振動荷載的長期作用，使得與Peck理論計算的最大計算沉降值(7.88mm)相比，實際觀測的沉降值遠大于理論計算值，受施工影響沉降槽曲線呈現出非對稱性，后推的左線隧道沉降極值明顯大于右線隧道的沉降極值。鐵路路基在施工期最大沉降值及工后沉降最大值對比。

　　工后沉降比率=(工后總沉降−施工期沉降)/工后總沉降×100%。根據一般的工程經驗，普通黏性土和砂土的工后沉降比率一般在25.00%～30.00%[12]。由于軟土的孔隙水排水慢、固結時間長、高速鐵路列車振動的長期作用，使得軟土地質條件下高鐵路基的沉降量主要發生在工后，占比最大達到75.64%，遠大于普通黏性土和砂土，因此，對于后期沉降的監測、高鐵軌道的巡檢和養護是保障鐵路安全運營的重要工作。

　　4結語

　　依托南京地鐵4號線徐金區間下穿仙寧鐵路及京滬高鐵聯絡線實例，研究了軟土工程地質條件下高速鐵路路基的工后沉降變化規律。

　　(1)由Peck沉降理論可得：沉降曲線的極大值發生在兩個隧道中心對應的地表處，隨著地層損失率的增加，地表沉降極大值也逐漸增加，沉降的影響范圍大致為兩隧道中心左右各25m。

　　(2)與一般黏性土或者砂性土不同，軟土地質條件下盾構隧道穿越高速鐵路路基引起的沉降規律主要表現為沉降穩定時間長、沉降槽的深度和寬度也較大，沉降量主要發生在工后，工后沉降比率最大達到75.64%。

　　(3)Peck理論計算的最大計算沉降值為7.88mm，實際觀測的沉降值遠大于理論計算值，最大沉降量達到14.45mm。受施工影響沉降槽曲線呈現出非對稱性，后推進的左線隧道沉降極值明顯大于右線隧道的沉降極值。

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　　作者：曹佳寧