盾构隧道下穿高铁既有线风险控制研究

盾构隧道下穿高铁既有线风险控制研究

发表时间：2019-01-16T15:02:18.230Z 来源：《基层建设》2018年第36期作者：叶余超

[导读] 摘要：随着城市化的不断发展，轨道交通的网络不断加密，也有着越来越多工程建设穿越既有隧道现象。

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摘要：随着城市化的不断发展，轨道交通的网络不断加密，也有着越来越多工程建设穿越既有隧道现象。像是很多新建工程会影响到地铁线路，例如民用或者是工业建筑的基坑工程手工，基础设施中排水管道、热力管道、输水管道、供电电缆等在地下穿越，其中的交通中的公路、桥梁以及地铁隧道等公共交通设施的穿越。因此说明既有线隧道会受到盾构隧道施工的严重影响，和常规地铁隧道施工相比较更为复杂。近年来在城市交通不断发展的情况下，一些工程出现其穿越既有轨道线的现象，出现的问题会直接关系到既有轨道结构以及其安全问题，严重影响着既有线运行的稳定性和安全性，制约着建设和发展城市轨道交通，亟待解决。本文主要针对盾构隧道穿越既有线产生的沉降问题进行研究，首先分析其带来的风险，并对既有线沉降问题进行计算，首先建立计算模型，后进行具体计算，最后针对沉降问题提出相应的控制方法。

关键词：盾构隧道；下穿既有线；风险控制

引言：近些年来，我国不断地发展着社会经济，进而促进城市化进程的加快，我国的城市轨道交通是全球发展最迅速地国家之一。随着技术手段的发展，盾构隧道的特点是机械化有着很高的程度、掘进有着很快的速度、周边的环境很少会对其产生影响等，在修建城市轨道交通地下隧道中应用的范围比较广泛。现阶段，我国轨道交通方面发展的比较迅速，交通网络在不断进行优化，不断地扩大开发城市地下空间的规模，并加强利用效果。在这样的情况下，很难防止新建的盾构隧道穿越既有轨道线等复杂工程状况，并使得新建隧道与原有隧道间的距离在不断减小。这种隧道穿越工程不仅距离近，而且叠交复杂，隧道在这样的情况下穿越有着较大工程施工风险，可能会影响地铁结构沉降等风险，严重的影响着隧道的安全运营。本文主要有盾构隧道下穿而引起风险中的既有线沉降问题进行分析，并提出相应的控制方案。

1 隧道风险研究

盾构隧道施工不能避免和邻近既有线产生附加内力或者是结构变形，进而会对既有线列车的安全、可靠运行造成影响。在这样的状况下，结合保护既有线的要求，采取相应的措施将变形的情况减少，这其中要重视的就是对既有线运行安全性与稳定性的保障。还有，既有线的重要程度特别高，同时严格的要求着附加变形，从而使穿越工程难度非常大，风险也特别高。开挖隧道时，一般情况下上方沉降相较于下方围岩上有很大程度的浮隆现象，加之上方围岩有着复杂的受力，大量分布的剪切和压剪区域，对围岩的稳定性有着严重影响，下方围岩分布在卸载回弹区，围岩稳定性可以得到保障（如图一所示）。所以说明，在同样的近距离下，盾构隧道下穿既有线存在着很大的风险。

图一

其中：第1分区内关键开挖作用是压缩剪切，同时是剪切破坏重要区域；第2分区关键开挖作用是剪切；第3分区内主要开挖作用是卸载；第4分区是开挖隧道形成地表沉降的区域。

2 盾构隧道下穿既有线结构沉降的计算

2.1计算的模型

结合地铁车站实际运营中各种情况，进行深入的研究，选定一定范围的土体作为计算模型分析对象，利用有限元的计算软件进行分析，对盾构隧道下穿既有线所造成的地表沉降实施模拟。模型建立的过程中关键要对以下5个方面进行考虑：（1）物理模型的平面应变是其问题特征；（2）使用的计算方法是弹塑性分析；（3）假设隧道开挖不影响计算边界处，也就是指这一处是原始静止应力的状态，变形是零，选用约束进行模拟；（4）宽度计算采取隧道直径的5倍；计算隧道深度为地下隧道直径的3倍；（5）对时间效应以及开挖过程中产生的应力率做出充分考虑。

2.2计算结果

图二为右线盾构掘进时地面沉降曲线图，图三为左线盾构掘进时地面沉降曲线图，从这两幅图中可以看出：盾构隧道下穿时会有沉降差，沉降差值若是超出限度，则会导致车站发生沉降、弯曲结构以及扭曲变形等现象，原有的裂缝不仅会错动，畏怯还会拓展，这样的情况会引起轨道几何形位出现改变：比如说钢轨顶面高差产生相应的变化，水平面上轨道中心平顺性的变化，沿线路方向轨道竖向平顺性的变化等。这些变化不只会使既有线隧道结构增加内力，也极有可能是钢轨顶面水平超差，前后高低超差或者是轨向平顺超差。除此之外，对既有线道床与基层的整体刚度不相同进行考虑，由于变形过大，道床和基层间可能出现脱离的现象，对既有线运营的安全性有着威胁。

图二图三

3 风险控制

3.1变位控制原理

盾构隧道下穿既有运营地铁线路，保证安全使用线路使其管理的首要目标。在盾构隧道进行施工的过程中，特别是系统庞杂的工程，像是大断面隧道施工，会涉及到很多的工序和工艺，这一过程中始终是动态的，在不断地进行变化，施工的每一个步序都会在不同程度的影响到既有结构和轨道，累加施工每一步骤程序产生的影响，从而形成最终影响。若是将所有影响累加起来，依然是在既有线标准管理的范围内进行控制，则能对既有线运行的安全性做出保障。在这样的状况下，既有线结构应用变位分配原理，指的是应用理论计算结合相关施工经验，分解既有线的总变位控制值，将其在施工每一步骤程序中进行分解，既有结构在施工沉降上建立控制标准。

3.2地表沉降的控制措施

（1）对土压力进行严格控制。为将开挖土体移动的情况减少，可以实现计算出应假设土压力，在施工过程做出严格管理，计算值要小于实际土压。持续的进行实时监测，根据地表隆起状况对推进速度和出土量及时进行调整，将正面土仓压力降低，此次将地表隆起降低。对推进速度进行调整及将出土量减少，以正面土仓压力提高的方式对盾构地表沉降进行控制。

（2）对注浆量进行严格控制。在盾构施工中注浆是一个关键工序，一定要保障注浆压力和注浆量，与施工测量监控信息相结合，对注浆压力的设定进行不断的优化，同时要保证注浆量大于理论计算值，实际注浆量要波动在平均以及合理的范围内。

（3）盾构推进方向改变的情况要尽可能避免。推进盾构过程中要重视勤纠偏以及小纠偏，对大幅度纠偏严格禁止，将因施工产生的因素对盾构推进方向做出改变的情况减少。在过轨段盾构机仰头或者是推进，推进过程中严格控制超挖方向，确保出控制土量在合理范围里。

（4）对土质变化情况进行严密观察。盾构施工一定会产生地下水位的变化，为保证其没有很大的变化，施工中一定要对挖掘出土体质量进行严格监控，避免出现水土分离的情况。若出土有着较大的地层含水量，将土压力设定提高，从而形成土压平衡，也能疏干开挖面地下水，对出土质量做出保障。

（5）使扰动地层的情况减少。盾构施工对地层产生扰动，关键是因为盾构机刀盘以及千斤顶的推力而产生的，为使盾构机运转正常，最重要的是保障盾构机的机械性。若土压力突然发生变化，首先要分析原因，同时应用填注泡沫的措施对开挖土体进行优化。

（6）确保拼装质量，将变位或变形的管片情况减少。管片变形情况紧密的联系拼装管片的质量，在施工的过程中，强化施工管理，对其紧固结实做出保证。在每一环节的挖进过程中，都要二次紧固螺栓。

4 结语

随着城市化进程的加快，轨道交通的发展也越来越快速。在这种发展情况下，既有地铁轨道会出现盾构隧道的下穿，导致既有线出现很多风险，威胁着既有线的安全运营，因此本文针对既有线风险中的沉降问题进行了讨论，并提出了相应的解决措施，希望可以对隧道施工有一定的帮助。

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