摘要：随着我国高速铁路的快速发展，建设面积也随之扩大，地铁盾构施工中与铁路的交叉是在所难免的，在地铁盾构穿越铁路施工前，首先工作人员需要预测。铁路盾构施工之后，可能会导致出现轨道、路基结构变形或者产生最大应力，因此提出针对地铁盾构施工的有效控制措施是十分重要的。本文以某地铁作为研究对象，在该地铁下穿铁路区域过程中能够对接触网地基造成地基沉降或者位移，因而需要对其实时监测分析整个施工中不同阶段对于铁路变形产生的影响。
关键字：地铁盾构；铁路沉降和位移；变形监测
21世纪对于各个城市来说是轨道工程发展的机遇，随着当前国内城市化进程的推进，城市轨道建设是一大运输量以及占地面积少、运行速度快、环境污染小及乘容舒适度为最佳的交通出行方式。地铁已在各大城市，成为人们出行时最主要的工具之一，然而高速铁路在给人们带来便捷的同时，由于高铁具有一定特殊性，因此在地铁修建过程中穿过既有铁路会面临包括涉及铁路地基沉降或者位移变形等问题。所以，地铁盾构施工属于高风险工程，对了轨道和路基变形应该采取合理的措施，研究轨道结构的变的和应力规律。
1 工程概况
对于某地铁施工来说，由于整个线路长达1300多米，深度15米，该路段在建设过程中主要采用盾构法进行完成施工，存在两座附属结构，同时在中间位置需要进行A铁路和B高铁的下穿。
A铁路是两股道，用钢筋混凝土作轨枕，碎石道床，路坝基础高出地面5m左右。铁路盾构区间中左、右区间能够与A铁路进行相交，长度为30米左右，该某地铁路线是以亚圆形卵砂石为主的地层，粒径为8厘米，最大粒径长达13厘米，其中有30%为细中砂充填冲，局部存在细砂薄层，整个地铁位于地下水位的上部，在地铁土层可分为4种土层类型，包括人工堆积、新近沉积层、第四纪晚更新世冲洪积层和第四纪基岩这几种土层，地层中的杂土主要是以粘质粉和砂质粉为主，同时还伴随一些灰渣或者砖渣。地铁穿越厚度为2m时，地层为粘土质砂岩，埋深8至30m，地质特征为砂状结构、强风化，由于50%左右韵砂屑和45%左右的胶结物组成。碎屑包括岩屑、石英、长石等。胶结物是以铁质、粘土质以及胶结砂屑为主的，在施工前勘察钻孔最大深度可达到50米，深度可达到一层地下水面位置，地下水埋深26米是一种潜水类型，地铁区间施工过程中主要位于地下水位的上部位置。
2 监测方案
在监测过程中需要分析导致铁路发生位移变形和沉降的原因，据研究采用盾构法进行隧道施工时有5～10%的地面变形是由掌子面受损引起的。有40%左右的变形是由盾构径向土层延伸引起的，30%左右的变形是由于盾尾出现间隙引起的。15%左右的变形是由施工后期的地质沉降引起的。施工地面变形与土质特性、掘进方式、掘进速度、开挖遂道直径、支护结构、盾构同步注浆等有直接的关系。地铁盾构施工时，对地质产生一定的扰动，进而会影响到穿越上方高速铁路结构的安全和稳定，甚至发生变形现象，从而产生地面沉降或水平位移。在施工过程中如果直径压力较大，或者注浆压力大时，很容易导致出现地面容器问题。另外，由于地面隆起位移发生变化，会引起铁路轨道变形，不仅影响铁路的平顺性，同时还会影响铁路运行的安全性。
其次，铁路安全监测系统。为能够满足地铁位移变形和路基沉降的监测，可以采用全站仪和精密水准仪进行实时监测，除此之外能够对路基的不同位置进行变形监测，在盾构下穿铁路过程中每条路基和轨道上布置了8个变形监测点，能够对铁路的地基沉降和位移进行实时监测，在铁路监测点进行建筑网的设置，能够通过立柱对地基变形进行监测，同时在接触网的立柱上设置两个监测点，以连接立柱的上部和基础位点。
3 监测数据
可以选取某地铁线起点和终点之间连接A铁路的共计8个监测点进行数据采集，说明在采用盾构法进行地铁线路施工时，接触网立柱以及路基的变形情况。
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3.1 铁路路基沉降变形监测数据
通过不同监测点的数据累积，能够发现各个监测点地面沉降和最大沉降值平均为-4.5米，当达到一定程度后，这种路基变形将逐渐实现稳定。
3.2铁路路基位移变形监测数据
通过对各监测点在地铁盾构下穿铁路施工中监测到最大位移为4.0mm，最终的最大位移为1.8mm。
3.3 接触网网立柱沉降变形
地铁左线下穿铁路时，接触网立柱在地铁下穿铁路当中，监测到累计最大沉降为－0.8mm。
3.4 接触网立柱位移变形
根据对接触网立柱监测结果显示，接触网立柱在地铁下穿铁路期间，最大累计位移为2.1mm。
4 地层变形监测结果分析
（1）地层变形及地层受力是一个非常复杂的过程，其中既有应力的传递，又有变形的传递。当盾构开挖后，首先引起的是遂道周边地形变形，随着工程进度的加快，影响范围不断扩大，最终会传递到地层表面。从所获得的监测结果来看，路基最大下沉为-4.5毫米，位移为4毫米，铁路接触网立柱沉降为-0.8米，位移为2.1米，从所有监测的数据来看，均在铁路安全控制范围之内，所以，在盾构施工前，提前对软土层做好加固注浆处理，有效控制盾构过程中的掘进压力，能够确保盾构时下穿铁路施工的安全性，确保铁路行车运行安全性。（2）在采用盾构进行下穿铁路施工过程中需要对盾构设备的参数进行实时监控、调整，进而能够从一定程度上减小施工导致出现的地层变形问题。（3）在采用动作施工时，通常导致地基变形存在瞬间和后期变形这两种类型，前者是指盾构法进入铁路区域过程中，由于土体会受到盾构盘的压力，导致路基出现变形，而当盾构下穿铁路时也会出现一定程度的下沉，而后者是在采用该方法施工20天之后，路基变形趋于稳定。在采用盾构施工过程中，导致地表沉降宽度是以盾构主线两边各延伸15米作为标准的。如超出这个范围时，铁路地表层的下沉、位移等均表现为最小。需要注意的是，在使用盾构施工过程中，盾构切口处的前、后距离为30m、50m内是其最大影响区域，其后50m是显著影响区域。（6）当使用盾构下穿铁路施工时，需要控制盾构掘进导致的土体扰动问题，由于需要预先准确设定正面土压力和掘进速度，因此应当合理控制注浆量。在地铁下穿铁路时所选择的控制方案不同，对铁路结构产生的影响也不同，有效控制措施具体包括：对于影响程度较大的高速铁路可以先进行加固再进行施工，对于影响程度一般的铁路可釆用边施工边加固的原则，而对于一些影响较小的铁路可釆用先施工后加固的原则。具体加固措施应当根据地铁下穿高速铁路时的影响程度进行设定，同时还需要结合施工环境进行充分考虑。（7）地铁下穿高速铁路的关键措施应从三方面考虑，即穿越施工措施、变形控制措施、高速铁路加固措施。地铁施工是地层变形的直接原因，因此，在盾构施工前，有效的控制好施工每个阶段对地层的扰动，就可控制铁路结构的受力和变形，从而保证铁路轨道变形和沉降及受力都在控制范围之内。除此之外，采用盾构法进行低层穿越时，实际地质条件对于整个施工来说起着十分重要的影响，而对于该地铁穿越地层主要为砂、粘性层、卵砂石层、卵石层等，从粘性土层到卵砂层会使地铁拱顶沉降增加，根据研究表明卵石层对于拱顶沉降是比较有利的，而沙土层的效果最差。
5 小结
通过研究表明，在本文研究中以某地铁穿越铁路作为研究对象分析，采用盾构法进行铁路下穿施工过程中，导致出现的位移变形和地层变形和应力影响，提出有效的解决措施，随着当前城际、城市地铁铁路的发展，未来采用盾构法进行高速铁路下穿工程将会增加，因此因此，要求相关监测人员，在盾构施工前，预测由于开挖引起的路基、轨道等结构的最大应力和最大沉降程度，对路基、轨道变形及应力规律进行深入研究，预期未来将形成完善的轨道交通运输网络系统。
参考文献
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[2]王志超, 甘露, 赖金星, et al. 盾构下穿铁路路基钢轨变形及路基沉降分析[J]. 深圳大学学报(理工版), 2018(4).
[3]王小珑. 盾构下穿运营铁路沉降控制技术及应用研究[D]. 2017.
论文作者:陈凯璇
论文发表刊物:《基层建设》2019年第26期
论文发表时间:2019/12/17
标签：盾构论文; 铁路论文; 位移论文; 地铁论文; 路基论文; 地层论文; 立柱论文; 《基层建设》2019年第26期论文;