盾构隧道下穿既有铁路计算分析研究

盾构隧道下穿既有铁路计算分析研究
发布时间：2021-11-17T02:04:05.004Z 来源：《中国科技人才》2021年第22期作者：胡强武李俊杰
[导读] 随着社会经济与科学技术的高速发展，城市建设进程不断加速，交通建设是城市建设重要组成部分，且对城市经济发展存在决定性影响，由此为了不占用过多土地资源，铁路地下隧道建设工作大范围开展。

铜陵学院数学与计算机学院 244000
摘要：随着社会经济与科学技术的高速发展，城市建设进程不断加速，交通建设是城市建设重要组成部分，且对城市经济发展存在决定性影响，由此为了不占用过多土地资源，铁路地下隧道建设工作大范围开展。

相对于普通建设工作而言，下穿既有铁路施工所处环境复杂，存在诸多不确定性隐私，为了提高盾构区间隧道下穿既有铁路施工安全性，必须有效计算数值，确保计算精准性，这也是当前地铁隧道下穿施工急需解决的问题，根据实践调查与相关资料分析了解到，以往计算方式无法满足盾构隧道下穿既有铁路施工需求，计算数值不准、计算方式应用不当问题屡见不鲜，且给施工队伍增加更多工作压力，这样的前提下，必须积极采取现代技术，改善以往数值计算上的问题、弥补漏洞，进而给予施工工作指导，提高施工安全性，本文将针对盾构隧道下穿既有铁路计算工作进行探究。

关键词：盾构隧道；既有铁路；计算；分析
城市地铁建设期间，必须做好空间计算工作。

但是，一些城市为了满足居民的出行需求，地铁建设进程较快，新建隧道和既有铁路线路难免出现空间上的交叉。

项目施工期间，开挖施工主要借助土压平衡盾构机实施，通过盾构机施工，隧道周边土体应力场发生改变，受到重力压迫，地层、路基、桥梁桩基等也会发生变形。

过程中，一旦空间计算或其他用料等计算失误，则容易引发安全事故，甚至威胁到施工人员及居民生命安全，加上部门铁路对轨道平顺性要求较高，为确保铁路线路安全施工、顺利运用，必须提高计算准确性，将变形程度及相应数值误差控制在标准范围内。

因此，本文将以徐州城市轨道交通2号线一期工程为例，分析其四处构筑物施工流程，尝试探究计算数值准确性提高方式。

淮州区间下穿情况
淮塔东路站～周庄站区间隧道左线起止里程：K11+522.582～K12+451.526；右线起止里程：K11+522.582～K12+499.505。

左线隧道全长909.959米，右线隧道全长926.923米[1]。

区间隧道在左K11+862～K11+939处侧穿祥瑞大厦，大厦采用框架结构，基础类型为柱下独立基础，地上结构为2-7层，地下1层（如图1.1所示），区间隧道与建筑物最小水平净距约1.9米，竖向净距16.55m，隧道穿越中风化灰岩层，覆土约23.05m。

区间隧道在右K11+976～K11+995处侧穿舜淮府第，舜淮府第为框架结构，基础类型为筏板基础，舜淮府第地上为9层，地下1层（如图1.2所示），区间隧道与建筑物最小水平净距约2.05米，竖向净距15.09m，隧道穿越中风化灰岩地层，覆土约21.19米。

区间隧道在左K12+033.851~左K12+045.784处侧穿周庄小区，周庄小区采用条形基础，基础埋深1.5m，地上部分采用砖混结构。

周七区间下穿情况
周庄站-七里沟站区间出周庄站后，依次下穿京沪普速铁路客线（路基）、奎河、京沪普速铁路货线（路基）后，向南拐入梨园路，最后到达七里沟站。

区间隧道左右线起止里程：K12+658.225-K13+827.048。

区间采用盾构法施工，隧道顶部埋深10-17m。

周庄站位于京沪普速客线铁路西侧地块内，距离京沪普速铁路客运线上行线路基坡脚最近约19m，车站终点里程为K12+667，车站与铁路剖面关系（如图2.1所示）[2]。

3.工程地质分析
区间隧道在K12+677~K12+725 和K12+677~K12+725分别下穿京沪普速铁路客运线上行及下行线路基段和京沪普速铁路客运线上行及下行线路基段，隧道拱顶距路基顶面分别为13.2m和21.8m，隧道穿越土层为可塑粘土~硬塑粘土层（如图3.1所示）。

表1 沿线地层统计表
工程模型基本假定与计算优化方式
3.1工程模型基本假定
针对盾构隧道下穿既有铁路工程，为了研究其各项计算内与方式，避免施工中计算误差，在工程落实前，可以进行假设，构建其基本数值模型。

如假定工程土体材料为各向同性，且属于理想弹塑体；排除岩土体构造应力影响因素外，假设自重条件下，岩土体为平衡状态，那么要明确盾构隧道工程数值模型，首先要保障岩土体处于相对稳定状态，如果岩土体处于运动、不稳定状态，则数值也会发生改变，进而影响到整体计算准确性；假设既有铁路路基桥梁桩基、轨道结构等采用统一材料施工，变形也一致，这样更便于计算；假设不同地层材料间会出现相对滑移问题，那么就要提前预测计算滑移幅度，以应对紧急情况。

3.2计算结果的影响与优化方式
施工中，盾构机是必不可缺的设施，设备的使用掘进会影响隧道周围土体应力场，甚至引发地层沉降变形问题。

一旦土层变形，则其他路基也会受到影响，沉降现象会通过土体传递，最终致使路基发生较为严重的沉降变形问题。

由于路基沉降变形与铁路运营安全存在密切联系，若不提前计算好变形指标，具有针对性制定解决对策，列车容易脱轨，数以必须严格遵照相关标准计算，严格控制盾构隧道下穿既有铁路工程施工中的路基沉降屋现象。

通过本次研究发现，盾构隧道下穿既有铁路工程施工中，涉及数值众多，计算起来也十分繁琐，若仅依靠人工计算，不仅增加了工作人员工作压力，由于计算缓慢，且需要多次检验，从而容易延误工期，加上准确性较低，所以人工计算方式必将被淘汰。

现阶段，数字化技术高速发展，且在各个领域得到广泛应用，所以适用盾构机开展隧道下穿既有铁路工程施工时，也可以利用该技术进行计算，提高计算准确率，减轻工作人员及施工队伍压力，进而实现铁路工作社会效益与经济效益的提高。

总结语：
综上所述，本文以徐州城市轨道交通2号线一期工程为例，针对盾构隧道下穿既有铁路工程中的计算工作流程进行了探究。

由于地铁工程涉及内容更多，所以必须优化计算方式，进而提高计算效率与准确性。

参考文献：
[1]陈聪, 蹇蕴奇, 鲁茜茜. 盾构隧道下穿既有铁路桥梁桩基的加固措施[J]. 铁道建筑, 2019, 059(003):60-63.
[2]丁健. 地铁区间盾构隧道掘进下穿对既有铁路路基变形影响分析[J]. 中国住宅设施, 2019, 000(006):79-81.
[3]李孝谭. 盾构近距离下穿既有铁路隧道沉降控制技术研究[J]. 砖瓦世界, 2019, 000(024):242,224.
[4]郭波. 盾构隧道下穿高速铁路桥梁施工影响数值分析[J]. 铁道建筑技术, 2019, 000(007):105-109.
作者简历：
胡强武（1998.05-）男安徽省六安人汉族安徽省铜陵学院数学与计算机学院计算机科学与技术专业本科生
李俊杰（2001.04）男安徽省蚌埠人汉族安徽省铜陵学院金融学院金融学专业本科生。