浅谈地铁盾构施工下穿高速铁路隔离保护技术

浅谈地铁盾构施工下穿高速铁路隔离保
护技术
摘要：在地铁盾构施工中，往往会出现下跨高速铁路高架桥的情况。

而为保
障高铁高架桥的施工安全、保障其结构安全，施工单位应采取隔离防护技术，以
保障其施工安全，同时又要对其基础结构进行防护。

运用ANSYS有限元软件对隧
道工程进行了仿真分析，探讨了其中的若干关键技术，并给出了具体的应用策略，以确保高架桥在工程建设中的安全运行。

关键词：地铁盾构；下穿高速；隔离桩
为保证高速铁路、高架桥结构在盾构施工中的稳定性，保证工程施工的安全性，必须采用隔离防护技术，将施工隧道与高架桥的基础结构隔断，并利用防护
结构的隔断作用，避免地基变形。

目前，地铁盾构隧道隔离防护技术中经常采用
隔离墙、隔离桩等隔离技术，本文就以隔离墙、隔离桩为研究对象，对其主要应
用策略进行了讨论。

1.盾构法施工中的危险产生机制
地铁盾构是一项浩大的工程，其施工工艺较为复杂，地质条件多变。

盾构施
工风险分析是一个复杂的过程，一般可分为工程工作分解和风险分解，或两者相
结合。

地铁盾构施工的风险主要来自于施工过程中的危险性，以及复杂的环境，
以及极高的风险，一旦受到外来因素的影响，很可能会导致交通事故。

事故的发
生是无法控制的，从而导致了巨大的经济损失。

关于这个损失，主要是指工程的
实际效益与预计效益的差别。

这种结果的正负并不能肯定，当数值为正时，说明
项目受益；反之，则为不利。

地铁盾构法施工安全隐患较大，其影响原因有：掘
进环境、运输环境、维护环境、支护环境、地质环境等[1]。

危险因素是由于操作
人员的违规操作、人员的机械振动、材料性能的稳定性、岩石崩塌、地面外部环
境的激励、干扰等。

盾构隧道工程中的承灾体有盾构机、支护结构、地面建筑物、隧道等，其风险损失主要集中在人员伤亡和经济损失等多个方面。

2.下穿高铁隧道盾构施工对隧道的影响与危险性分析
在盾构法下穿铁路工程中，会引起土体应力重分布、土体损失、水位变化、
注浆土体变化、固结沉降土体的蠕变等一系列变化，从而引起岩体的位移和应力
变化，从而对盾构上的铁路设备和设施造成以下影响和危险：（1）轨道平滑指
数下降。

由于盾构下穿铁路在铁路上引起了铁路钢轨竖向和顺轨面的不均匀沉降，导致了道岔高低、水平不良，严重时，道岔的变形超过了允许偏差的控制值。

(2)桥墩的非均质性沉陷；由于墩台的不均匀沉降，导致了桥墩的变形，即产生了显
著的倾角，从而对梁上的结构应力和轨道的平顺性有一定的影响，从而对行车的
安全性和舒适度造成不利的影响，甚至会造成结构的损坏。

(3)对桩基础的安全
性有一定的影响。

盾构隧道隧道工程在隧道开挖过程中会引起地层的改变，从而
对桩身轴力、桩身弯矩、桩端应力等产生一定的影响，从而导致桩基不稳定甚至
破坏。

(4)对地基的加固有一定的影响。

在采用盾构法对路基进行加固的情况下，会对路基的加固结构造成损害，从而影响加固效果。

(5)超过了管制范围。

盾构
法下穿铁路工程在地面发生塌陷，导致地面铁塔、接触网立柱、高柱信号机偏移、房屋裂缝等，严重时会有超过安全标准的危险[2]。

3.绝缘防护效果的分析
3.1有限元法
利用ANSYS有限元软件对其进行仿真分析。

在进行数值模拟时，首先假设岩
体为连续介质。

在此基础上，结合设计规范和以往的经验，在保证计算精度的前
提下，尽可能地降低数值模型中的边界条件对计算结果的负面影响。

在建立模型
的时候，建筑方要设置一套理想的环境，将隧道周围的岩体设置为连续的媒质，
并用物理单元进行仿真，并将其设置为自由面，将其周围的限制视为平面的法向
位移，而在模型的底部，则是垂直约束。

其次，施工单位要清楚地认识到盾构区
间与高速铁路高架桥的位置关系，并在此基础上充分考虑了边界条件对工程设计
的不利影响，避免对工程设计的影响。

最后，建筑单位要选择适当的模型坐标原
点，并按桥梁水平方向、纵向方向分别设置X轴、Y轴和Z轴。

为使计算效率和精确度更高，方便地进行有限元网格划分，施工单位可采用等刚度法对方桩进行划分，从而使承台结构更加简单[3]。

3.2地层参数
利用地质调查方法，获得地层参数，编制相应的地质报告。

地质报告要求包含区域内的基础资料，如围岩结构、地质构造等。

为了保证工程的安全性，在工程范围内，必须对相似结构的土层进行综合计算。

3.3架设隔离桩后的沉陷原因分析
在完成了桩基工程后，施工单位要根据于桥桩承台的沉陷现象，得到顺桥向水平位移，并进行分析。

此外，地铁盾构通过桩基时，桩身各部位的位移方向存在差异，在桩的中部，其位移方向与隧道方向相反。

在桩顶部，其变形趋势接近于隧道。

由于中桩基础支座施工是由左线和右线两个方向同时进行，它通常会先发生横向位移，再接近左线隧道，再接近右线隧道。

由于中间承台在两个掘进过程中会产生很大的垂直沉降，而且最大沉降是在后开挖的巷道附近。

按照我国有关高架桥的设计标准，为避免因盾构式下跨高铁而产生的沉降超出设计要求，必须对其进行加固。

采用隔离桩的方法，可以有效地防止沉陷。

尤其是在垂直沉降时，采用密排隔离桩，可以有效地避免地层丢失，从而保护结构。

4.隔离保护施工技术要点综述
4.1隔离桩的建造
隔离桩可分为人工和机械两种。

机械施工是指利用机械工具进行打孔，而手工打孔工作比较繁琐，而且风险很大。

在钻井施工中，由于岩层的扰动和强烈的振动，会对桩基础造成一定的影响，从而导致桩基础的沉降和变形。

为了保证桥梁的成孔质量，施工单位必须对桥下的净空进行测量。

当桥下净空不能满足成孔要求时，为了减小桥墩、桩基的沉降，必须采用人工施工方法。

为了保证施工的准确性和符合国家有关的有关法规，施工单位必须采取一系列的间隔挖法，以保证相邻的桩孔不能继续施工。

4.2桩顶与承重梁的施工
为了增强隔震桩的隔震作用，施工单位必须在两排桩头上分别安装一根冠梁，以保证桩身的整体稳定性。

在冠梁内部，在混凝土上安装支承梁，其大小由施工
单位根据实际工程的大小，严格按照隧道的纵向布置适当的间隔。

每个隧道的上
部必须设置若干个支承梁。

当然，对于冠梁、混凝土支撑梁等，建筑单位必须选
用适当的现浇筋混凝土，同时，还要确保冠梁和混凝土支撑梁的主筋净保护层的
厚度。

4.3盾构施工工艺参数的控制
通过对盾构施工参数的严格控制，确定了在高速铁路、高架桥上的盾构施工
深度，并明确了穿越地层的构造。

首先，要加强对上土压力的控制，设定盾构机
的总推力，同时要控制好刀盘马达的扭矩、盾构机的掘进和刀盘的转速，以确保
盾构机的日推进能力，从而确保盾构机的安全。

其次，就是要设定好隧道施工期
间的各种参数，并严格地控制土仓的压力，保证土仓的压力在正常的范围之内，
而挖掘的数量要按照挖掘的数量来决定。

同时，由于盾构机的注浆压力要根据隧
道的速度和地质条件而改变，因此，施工单位要根据不同的条件，进行相应的调
节和控制，以防止打孔。

在盾构施工中，每环都要加入一定数量的膨润土浆，以
确保其相对密度，使其得到较好的改善。

而二次灌浆是非常关键的，施工单位要
对盾尾的长度进行严格的控制，同时要根据掘进速度来控制灌浆的进度和凝结时间。

现场测试结束后，施工方要进行泥浆比例的调配，并进行适当的浆料比调整。

最后就是要做好实验，才能保证泡沫的注入。

4.4对控制目标的监测
首先，建设单位要明确有关的国家有关标准，加强对项目的各项指标的监控，制订施工期间的地铁变形控制指标，以确保对地面沉降的控制标准的准确执行，
确保施工过程中的规范。

由于工程量大，因此在施工中要加大对沉降的监测，并
对沉降等一系列的指标进行严格的检查。

建设单位要完善建设方案，加大建设力度。

当然，要想提高工程建设的效率，就必须引进相应的管理设备和检测技术，
以达到提高工程质量的目的。

一方面，施工单位要加强对变形量、沉降量、沉降
点等的自动监控。

另外，施工企业也可以参与到网络管理平台的建设中，强化员工的管理，提供打卡、论坛等功能，以方便技术交流，降低由于人员问题造成的施工障碍。

在隔离防护结构中，建筑单位应加强对防护结构的检查，以保证其稳定性。

4.5高铁下穿盾构法施工中应注意的问题
根据有限元的仿真结果，除了除了做好隔离保护外，在地铁盾构施工中，还应当有效地对高架桥和高速铁路结构进行施工防护。

(1)在盾构跨越铁路时，施工单位要严格按照试验段的资料，严格控制各种掘进参数，以确保隧道施工对周边环境的影响在安全可控的范围内，并对其进行监督和监督。

(2)在盾构跨越铁路时，必须对管段的装配质量进行严格的控制，并对其进行严格的质量检测和验收。

(3)在跨线施工中，除了同步注浆和二次注浆以外，在无法完成二次注浆之前，在盾尾与二次灌浆之间的管片（5~8圈）要进行间歇注浆，确保从同步注浆起，盾尾后各管段均能及时注浆，从而有效地控制地面沉陷[4]。

(4)当管片脱离盾尾5~8圈后，及时进行二次注浆，并根据地面监控的反馈，及时进行少量、多点、多次跟踪注浆，并对其实施情况进行跟踪。

(5)在穿越过程中，要对盾构机的姿态进行严格的控制，以最小的误差或非最小的误差，如果需要，每环的误差不能超过4mm，并由监理部门对其进行跟踪。

5.结束语
最后，对盾构隧道下穿隧道的绝缘防护技术的应用要点进行了讨论，并对该技术在施工中应采取的技术措施和工程进行了说明。

地铁工程中，由于盾构施工中经常发生意外事故，导致桥面、基站的稳定性受到严重的影响，因此，施工单位要加强绝缘防护，加大绝缘防护技术的使用，严格检查有关参数，确保线路及运行的安全。

参考文献：
[1]伍伟林,邹育.隔离桩墙和盾构施工对高铁桥墩影响分析[J].广东土木与建筑,2022,29(7):82-85.
[2]伍伟林,邹育.隔离桩墙和盾构施工对高铁桥墩影响分析[J].广东土木与建筑,2022,29(7):82-85.
[3]郭九庆.地铁盾构施工下穿高速铁路隔离保护技术[J].交通科技与管理,2020(14):0006-0007.
[4]李吉林.地铁盾构下穿高速铁路桥梁结构安全性评估研究[J].高速铁路技术,2018,9(1):61-6575。