下穿高鐵的案例
我國首條下穿高鐵大直徑盾構(gòu)隧道開挖
這是目前我國首條下穿運(yùn)營高速鐵路的大直徑盾構(gòu)隧道。
據(jù)項目盾構(gòu)經(jīng)理于朋臣介紹，盾構(gòu)隧道兩次下穿的滬寧城際高鐵設(shè)計時速350公里，是我國最繁忙的高鐵線路之一，最小行車間距3分鐘，施工期高鐵線路沉降須控制在1毫米以內(nèi)，國內(nèi)外還沒有先例。
同時，整條盾構(gòu)隧道覆土厚度均不足盾構(gòu)機(jī)一倍洞徑，最淺處6.47米，最深處13.15米。盾構(gòu)機(jī)始發(fā)后短距離連續(xù)穿越文物建筑、景觀河道等，風(fēng)險源集中，盾構(gòu)施工難度大。
王曉瓊說，中鐵十四局充分發(fā)揮大直徑盾構(gòu)施工核心優(yōu)勢，和鐵建重工集團(tuán)聯(lián)合再制造一臺國產(chǎn)大直徑泥水平衡盾構(gòu)機(jī)。同時開發(fā)應(yīng)用可視化智慧施工系統(tǒng)，通過大數(shù)據(jù)和盾智云平臺，實時分析控制盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)。
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上軟下硬地層
當(dāng)遇到上面軟弱、下面堅硬的地層時，由于受力不均，易造成刀盤損壞及地面塌方，需要謹(jǐn)慎推進(jìn)或提前處理。
花崗巖殘積土
這種地層遇水則變泥漿，可能帶來地表沉降，甚至塌方的風(fēng)險，需提前進(jìn)行降水處理。
煤層瓦斯
遇到地下煤層瓦斯，需小心檢測，有毒氣的話，須排出后方可施工。
盾構(gòu)機(jī)穿過重重地質(zhì)挑戰(zhàn)，來到了大江邊。在江底挖掘時風(fēng)險很大，盾構(gòu)機(jī)需小心翼翼地挖掘前行。
在江底，經(jīng)常會遇到上軟下硬底層、砂層、淤泥層和承壓水等阻撓。盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時需要做好監(jiān)測，謹(jǐn)慎控制。盾構(gòu)機(jī)一旦在江底出現(xiàn)故障，檢修異常困難，風(fēng)險巨大。
保護(hù)地面建筑同樣重要
盾構(gòu)施工時，除了要解決地下的難題，也要保護(hù)地面上的建筑，如房屋、高架橋、鐵路等。
盾構(gòu)下穿高鐵
盾構(gòu)機(jī)在穿越高鐵時要求很高，為防止地面沉降而影響線路運(yùn)輸，需對隧道上方地層進(jìn)行加固。
樁基托換
地鐵隧道需要穿過房屋或高架的樁基時，要為建筑物建造新的樁基。然后處理擋住盾構(gòu)路線的樁基，新的樁基形成新的受力體系，不影響建筑物的安全。
在鐵路的兩旁分別建造兩個豎井。
在計劃建造的隧道上方，利用豎井對土體進(jìn)行預(yù)加固。
盾構(gòu)機(jī)穿過豎井和土體，完成下穿高鐵的施工。
沉管法與高架法施工
地鐵隧道與市政道路合建過江
用“沉管法”
當(dāng)?shù)罔F隧道與市政道路合建過江時，聰明的工程師想出了另外一種工法——“沉管法”。將岸上預(yù)制好的一節(jié)節(jié)隧道管段沉到江底進(jìn)行拼裝，形成隧道。
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從下車處到登機(jī)口距離是600多米，
走路最多8分鐘就能登機(jī)，
而且，地下還有高鐵，完全實現(xiàn)零換乘。
作為全球最大的機(jī)場航站樓，
其屋蓋鋼架構(gòu)的投影面積就達(dá)到 18 萬平米，
相當(dāng)于 25 個標(biāo)準(zhǔn)足球場。
如此龐大的屋蓋僅用了 8 根 C 形柱作支撐，
可以將鳥巢放進(jìn)來。
新航站樓擁有
世界最大的屋頂面積，
高達(dá)18萬平方米。
航站樓由一個中央天窗、
六條條形天窗、
八個氣泡窗及貫穿指廊中部采光帶等組成頂部主要自然采光體系。
整個航站樓一共使用了12800塊玻璃，
其中屋頂用玻璃8000多塊。
由于屋頂采用流線曲面構(gòu)造，
所以8000塊玻璃沒有兩塊是一樣的。
整齊排列的鋁網(wǎng)根據(jù)屋面曲面變化而有不同角度，
不僅可避免強(qiáng)烈日照，還能滿足航站樓自然采光需求。
下穿高鐵 上落飛機(jī)，
能把鳥巢裝下
中國很贊，
北京新機(jī)場更贊
怎么樣，有沒有震撼到你？
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消滅地下各種各樣的障礙“攔路虎
地下有各種各樣的障礙
上軟下硬地層
當(dāng)遇到上面軟弱、下面堅硬的地層時，由于受力不均，易造成刀盤損壞及地面塌方，需要謹(jǐn)慎推進(jìn)或提前處理。
有毒有害氣體
遇到地下有毒有害氣體，需小心檢測，排出后方可施工。
保護(hù)地面建筑同樣重要
頂管機(jī)施工時，除了要解決地下的難題，也要保護(hù)地面上的建筑，如房屋、高速、高鐵等。
下穿高鐵
頂管機(jī)在穿越高鐵時要求很高，為防止地面沉降而影響線路運(yùn)輸，需對隧道上方地層進(jìn)行加固。
快速化工程案例：節(jié)段預(yù)制拼裝建造工藝的最新應(yīng)用
道路全線與現(xiàn)狀及規(guī)劃各等級道路相交150多處，與主要河（渠）道交叉并跨越21處，與鐵路交叉12處（其中下穿高鐵8處，上跨普鐵4處），與軌道交通線交叉22處。
圖2 西四環(huán)-科學(xué)大道立交效果圖
除了63.624km高架快速路、29.406km地面快速路外，該工程還包括有27座互通立交（其中：新建立交15座、改造現(xiàn)狀立交7座，利用現(xiàn)狀立交5座）、36對上下匝道、6座車行下穿隧道，另外道路排水、照明、交通安全設(shè)施與智能交通、聲屏障、綠化景觀，總投資約378.97億元。其中：西四環(huán)約113.45億元，大河路約103.01億元，東四環(huán)約47.88億元，南四環(huán)約114.63億元。西四環(huán)及鐵路代建段由市財政直接投資建設(shè)，大河路、東四環(huán)及南四環(huán)采用PPP模式投資建設(shè)。計劃工期為高架主線18個月，其他24個月。將于2019年6月底全部高架主線建成通車，其中西四環(huán)地面道路同時建成通車；2019年底前全線地面道路建成通車。
高架橋梁設(shè)計方案
總體設(shè)計
橋梁總體設(shè)計方案在優(yōu)先采用節(jié)段預(yù)制箱梁的同時，也因地制宜地選用了支架現(xiàn)澆箱梁、預(yù)制小箱梁、斜拉橋、鋼箱梁橋等其他橋梁型式。節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁是本項目的主體，約占全線橋梁的七成，另外還有三成為其他多種橋梁型式。
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首次高鐵下穿航站樓
不過，巨大的空間，不等于旅客要跋山涉水才能登機(jī)。
新航站樓綜合體設(shè)計了雙進(jìn)雙出的模式，提高了旅客的出行、換乘效率。從下車處到登機(jī)口距離是600多米，走路最多8分鐘就能登機(jī)，而且，地下還有高鐵，完全實現(xiàn)零換乘。
地下軌道交通除了計劃中的北京地鐵北京新機(jī)場線、京霸高鐵、廊涿城際、S6線，北京大興國際機(jī)場航站樓，地下還預(yù)留了2條軌道交通線，軌道交通把京津冀緊密相連。
能抗八級地震
在航站樓的正下方，聚集著高鐵、地鐵和地鐵站，地下有六條軌道橫貫整個機(jī)場。
屆時北京大興國際機(jī)場航站樓距離高鐵的垂直距離僅為11米，當(dāng)高鐵以350公里的時速通過510米長的“高鐵隧道”時，將會產(chǎn)生較強(qiáng)的振動和較大的風(fēng)壓。
為了機(jī)場安全，北京大興國際機(jī)場采用了層間隔震技術(shù)，這項技術(shù)目前是國內(nèi)首創(chuàng)。層間隔震技術(shù)就是在航站樓首層板下，設(shè)置了隔震支座，將航站樓首層和地下一層完全隔開，既隔震又不影響地下層的使用。
所謂隔震，簡單地說就是在上部結(jié)構(gòu)和地面之間，設(shè)置一層柔軟的隔震層，減少地面運(yùn)動向上部結(jié)構(gòu)傳遞，使上部結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)大幅降低，從而實現(xiàn)“隔離”地震。通常隔震結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)僅有非隔震結(jié)構(gòu)的1/4至1/8，因而可以極大提高建筑的抗震性能。
一般隔震層由若干個隔震支座組成，而隔震支座則是由橡膠和鋼板相互疊加粘結(jié)而成，這樣既保證了隔震支座的剛度，又使其具有良好的柔韌性。
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從最值出現(xiàn)的位置看：鋪軌道時，位于無砟軌道中部位置處，這時軌道整體承受豎直向下的均布力，產(chǎn)生了類似梁的撓曲變形。右線施工到達(dá)盾構(gòu)正下方時，最值位于右線隧道上方對應(yīng)的無砟軌道處，呈現(xiàn)單峰；左線施工到達(dá)盾構(gòu)隧道正下方時，原有最值出現(xiàn)位置保持不變同時數(shù)值增大，在左線正上方位置出現(xiàn)了一個小的峰值：-1.553mm。最后施工完成后最值位于盾構(gòu)隧道中心處。施工完成后在左右隧道的相應(yīng)位置出現(xiàn)了2個峰值，即“W”形，最大沉降值為2.142mm，較前一階段有小幅回落。
4.3 模型驗證
圖10 京張高鐵隧道監(jiān)測數(shù)據(jù)
圖11 有限元計算值
如圖10，得京張高鐵清華園隧道左側(cè)實際監(jiān)測數(shù)據(jù)累計沉降為2.25mm，而施工階段最大沉降為2.011mm，如圖11，誤差為8.9%，計算結(jié)果與監(jiān)測值較為接近。
5 結(jié)論
以北京地鐵12號線大鐘寺——薊門橋區(qū)間隧道礦山法下穿京張高鐵清華園盾構(gòu)隧道為背景，利用非線性有限元軟件ABAQUS 2016，分析了在超前大管棚和深孔注漿加固下的高鐵盾構(gòu)隧道、預(yù)制仰拱及無砟軌道的豎向變形響應(yīng)，得到以下結(jié)論。
（1）與監(jiān)測數(shù)據(jù)相比誤差為8.9%驗證了計算結(jié)果的相對準(zhǔn)確性。
（2）從豎向位移看，地表沉降具有Peck曲線特征，且隨著施工進(jìn)度的進(jìn)行，峰值由高鐵隧道中心處先移動至地鐵右線開挖處，然后又運(yùn)動到地鐵左線開挖處，此時，地表沉降達(dá)到最大值。最后階段，重新回到高鐵隧道中心的位置。盾構(gòu)隧道、預(yù)制仰拱和以鋼軌為代表的無砟軌道，也有類似的形變規(guī)律。
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