地铁盾构隧道下穿既有铁路变形控制研究

地铁盾构隧道下穿既有铁路变形控制研
究
摘要：本研究主要探讨了地铁盾构隧道下穿既有铁路时，针对变形控制的策
略和方法。

首先，分析了既有铁路结构变形的主要成因，包括地质条件、地下水、气候变化和人为活动等。

然后，探讨了变形对铁路安全性和效率的影响，如可能
导致的列车脱轨、运输效率降低以及修复成本增加等问题。

针对这些问题，本研
究提出了一系列变形控制的监测预警技术、隧道设计与施工策略，以及地质环境
改善和地下水控制方法。

这些方法对于保障地铁盾构隧道和既有铁路的安全稳定
运行，具有重要的实践意义。

关键词：既有铁路；盾构隧道；地质环境；地下水控制；变形控制；监测预
警
一、既有铁路结构的变形问题
（一）铁路结构变形的成因
铁路结构变形的成因多种多样，可以根据来源和机制进行归类。

以下是主要
的几种原因：1.地质因素：地质因素是导致铁路结构变形的主要原因之一。

包括
地壳运动，地质断裂，土壤沉降，地下水变化等。

地壳运动可能导致地面的升高
或降低，产生位移，从而影响铁路线的平直性。

地质断裂会产生断裂带，破坏铁
路基础结构，导致变形。

土壤沉降和地下水变化也会影响地基的稳定性，进一步
导致铁路结构变形。

2.环境因素：长期的风化作用、温度变化和水文变化等也会
对铁路结构产生影响。

例如，冻融作用可能导致铁路基础的裂缝和破损，影响其
稳定性。

酸雨和盐分侵蚀可能加速铁路结构的风化和腐蚀。

长期的降雨或洪水可
能导致地基的冲刷和侵蚀，造成铁路线的变形。

3.施工因素：施工质量是影响铁
路结构变形的重要因素。

包括设计不合理，施工工艺不精细，选材不当，监理不
严等都可能导致铁路结构变形。

如铁路基础没有做到均匀压实，会在使用过程中
产生沉降。

选材不当，比如采用的混凝土强度不足，也可能在长期荷载作用下产
生裂缝或变形。

4.使用因素：铁路线的使用情况也会影响其变形。

过度的荷载，
包括列车的载重超标、频繁的列车通过、高速列车带来的振动等，都会对铁路线
的稳定性造成影响。

此外，铁路的维护保养不到位，例如排水系统堵塞，也可能
导致铁路基础的稳定性降低，从而引发变形。

（二）变形对铁路安全性和效率的影响
铁路结构变形会对铁路的安全性和效率产生重大影响。

以下是主要的几种影响：1.影响铁路安全性：铁路结构变形首先会对铁路的安全性产生严重影响。

轨
道的变形或偏移可能导致列车脱轨，严重时会发生铁路事故，威胁乘客的生命安全。

此外，基础设施的破损也可能导致信号系统的故障，进一步增加事故的风险。

此外，地基沉降或滑坡可能会引发地面塌陷，对于穿越城市或居民区的铁路来说，这种情况更加危险。

2.影响运输效率：铁路结构变形会对运输效率产生影响。

由
于安全考虑，轨道发生变形的地段，列车必须降低速度甚至停止运行，从而影响
了运输效率。

此外，修复变形的轨道或设施需要时间和资源，可能会导致长时间
的运行中断，严重影响了铁路的运输能力。

3.影响运维成本：铁路结构变形需要
定期检查、维护和修复，这会增加铁路的运行成本。

变形严重的地段可能需要更
换轨道或基础设施，造成大量的经济损失。

此外，因变形引起的事故会带来巨大
的赔偿费用，也会增加运维成本。

4.影响铁路寿命：长期的变形会对铁路设施的
寿命产生影响。

破损的轨道和基础设施会加速铁路的老化，缩短其使用寿命。

由
此可以看出，变形不仅是个即时的问题，也是个长期的问题。

二、变形控制方法
（一）监测和预警技术
为了预防和控制铁路结构变形，开展有效的监测和预警是关键。

以下是主要
的监测和预警技术：1.地质雷达：地质雷达（GroundPenetratingRadar,GPR）技
术可以用于探测地下的地质结构和水文条件。

这种技术可以在不破坏地表的情况下，探测到地下的裂缝、空洞、水文变化等，对预防地基沉降和滑坡等铁路结构
变形非常有用。

2.全站仪和高精度测量仪器：全站仪、激光扫描仪和高精度测量
仪器等可以用于监测轨道和基础设施的位移和变形。

通过定期测量，可以发现轨
道的微小变形和倾斜，及时进行调整和修复。

3.振动监测：铁路结构会在列车经
过时产生振动。

通过监测这些振动，可以评估结构的健康状况。

如振动过大或频
率有明显改变，可能表示结构有破损或变形。

4.遥感技术：遥感技术如卫星成像
和无人机航拍等可以用于大范围的铁路监测。

通过遥感成像，可以迅速了解铁路
线的地形、地质和环境条件，以及大规模的地面变形情况。

5.信息化预警系统：
通过信息化系统集成各类监测数据，进行数据分析和处理，可以实现铁路结构变
形的实时预警。

预警系统会自动分析监测数据，当发现异常变化时，会自动发送
预警信号，以便工作人员及时处理。

（二）隧道设计与施工策略
当地铁盾构隧道下穿既有铁路时，为了防止对既有铁路的影响，需要对隧道
的设计和施工进行细致的规划和控制。

以下是隧道设计和施工的主要策略：1.预
防为主的设计原则：在设计阶段，首先要考虑的是预防地质和地下水对隧道和既
有铁路的潜在影响。

这包括详细的地质调查和评估，以了解地层结构、地下水位、地壳运动等因素。

此外，需要充分考虑和预测施工期间可能出现的问题，例如地
面沉降、地下水渗漏等。

2.合理的隧道布局：考虑到隧道的影响范围和施工难度，需要对隧道的位置、深度和方向进行合理规划。

理想情况下，隧道应避开地质破
裂带、弱稳定层和大量地下水的地区。

同时，隧道的深度应足够大，以减小对既
有铁路的影响。

3.施工方法的选择：根据地质条件和隧道需求，需要选择适合的
施工方法。

例如，盾构法适合于稳定的土层和地下水条件良好的地区，可以减小
地面沉降的影响。

另一方面，传统的暗挖法可能更适合于地质复杂或地下水条件
较差的地区。

4.实时监测和调整：在施工过程中，需要进行实时的地质和结构监测，以检测和控制地面沉降、地下水渗漏等问题。

当监测到问题时，需要及时调
整施工方法或采取措施，例如注入止水材料，加固地基等。

5.维护和管理：隧道
施工完成后，需要对隧道和既有铁路进行定期的维护和管理。

这包括对隧道的结
构安全、水防和地质稳定性进行定期检查，对发现的问题进行及时处理。

（三）地质环境改善和地下水控制方法
地质环境的稳定性和地下水的控制是影响地铁盾构隧道和既有铁路稳定性的
关键因素。

以下是改善地质环境和控制地下水的主要方法：1.地质环境改善：土
体改良：如果地质调查显示土体稳定性较差，可采取土体改良技术，如注浆加固、深层压实等，提高土体的承载能力和稳定性，降低变形和沉降的风险。

岩土锚固：在斜坡或弱稳定层上施工时，可采用岩土锚固技术增强地质的稳定性。

地质灾害
防治：对于滑坡、地面塌陷等地质灾害，需要进行防治，如滑坡的防治可采用支
护结构、排水工程等技术。

2.地下水控制：排水：根据地下水位和流向，设计合
理的排水系统，防止地下水渗入隧道或基础设施。

注浆：通过向地层中注入水泥浆、化学浆等，提高地质的防渗性，控制地下水的流动。

水平井：在地下水位较
高的地区，可采用水平井等深井排水技术，降低地下水位。

三、结论
地铁盾构隧道下穿既有铁路时，既有铁路的变形控制至关重要。

既有铁路结
构的变形可以由多种因素引起，这些变形会对铁路的安全性和效率产生负面影响。

因此，采用有效的监测预警技术，科学的隧道设计与施工策略，以及地质环境改
善和地下水控制方法，对于预防和控制铁路结构变形，保障隧道和铁路的安全稳
定运行具有重要作用。

参考文献：
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[2]高子洋.地铁盾构隧道下穿既有铁路变形控制研究[J].2019.
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