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摘要：在城市人口不断增多的同时，越来越多的城市开始兴建地铁工程，并且出现了越来越多的在既有线路下穿的地铁隧道工程。浅埋隧道施工会导致土体出现扰动的情况，并且进一步引发上部的土体和周边土体的应力状态出现一定的变化，因为受到土层的不确定性、复杂性、周边环境、施工质量和施工技术等各个因素的影响，就会导致出现一系列的地表变形问题。下穿既有铁路的新建地铁隧道施工与新建工程的安全性、铁路的正常运营等都具有十分密切的关系，为此，必须要认真地分析和研究地铁隧道下穿既有线对线路结构的影响，从而确保线路结构的安全性。
关键词：地铁隧道；下穿既有线；线路结构；影响
0.引言
穿越城市的地铁隧道往往具有较浅的埋深，地表及其构筑物很容易受到隧道施工的不利影响。现在城市地下工程网络变得越来越发达，因此出现了较多的在既有运营线路附近对隧道进行建设的工程。运营线路在被地铁隧道穿越之后一般只能够承受有限的变形数值，一旦变形高于这一数值，就有可能会引发非常严重的安全事故。因此如何能够对新建隧道的下穿施工进行有效控制，防止既有线路受到其扰动的影响，这是一个非常重要的问题。
1.暗挖隧道施工导致的底层变形与移动
由于暗挖隧道开挖导致的周围土体和地表的变形具有非常大的复杂性，围岩初始应力主要包括两种力系，也就是构造应力和自重应力。在漫长的初始应力的作用下围岩基本上都能够保持相对平衡和稳定的状态，而在掘进隧道施工的时候，已经被开挖的土体的部位逐渐丧失了约束，而且土体应力状态在隧道周围的一定范围内也出现了变化，在对应力进行调整的时候往往就会导致隧道周围的土体出现变化，并且导致应力重新分布，逐渐的形成塑性二次应力状态、弹性二次应力状态。在不断推进掌子面的同时，围岩会具有越来越长的暴漏时间，因此其对周围地层也会产生越来越大的影响，在经过土体介质的不断地向上传递之后，就会达到地层的表面。自上而下是传递应力的路径，与没有开挖面时的应力相比，开挖面前方土体以及附近土体周围具有更大的应力，并且进一步形成应力集中的现象。如果出现大于岩体屈服条件的周围岩体应力时，就会导致周围的岩体逐渐地处于松弛或者塑性的状态，最终出现塑性的破坏、松弛或者滑移等现象[1]。土体的变形都是形成于拱顶，随后逐渐发展到地表，拱顶位置因为受到地应力和构造应力的影响会出现沉降的现象，而且不同深度的地层会出现变形，最终引发地表变形。如果在对其进行支护之后，继续变形的围岩会导致支护结构与之共同变形，并且加大支护结构的约束阻力，其最终可以实现平衡状态，而且地层在沉降方面也会变得越来越平稳。
2.既有线路受到的隧道下穿施工的影响
周围的地层会由于地铁隧道的修建而受到扰动，引发地表变形的情况，并且出现一定程度的沉降槽，最终使得周边的构筑物受到影响。因为上部交通荷载间歇性、动力特性以及路基结构特殊性等因素，因此线路结构受到的新建隧道下穿运营线路的影响主要具有以下两个方面的特点：首先，由于线路结构从属于地表，因此与一般地表相比，线路结构受到的影响具有相同的规律。其次，与普通地表相比，线路结构会受到上部荷载的作用，然而作为一个完整的结构体，线路结构本身具有一定的整体性，所以需要对既有线路受到的隧道下穿的影响进行分析和研究，并且进一步地总结其导致的沉降变形规律[2]。
2.1邻近设施受到的地层变形的影响
围岩的应力状态由于隧道施工而发生了变化，并且进一步导致地层出现变形和移动的现象，与土体在附加应力和自重应力作用下的变形相比，由于隧道施工而导致的土体变形不管是在空间位置方面，还是在沉降速率方面都存在着一定的特点。由于在很短的时间内地表可能会出现较大的变形，因此邻近设施很容易受到这种较大沉降速率导致的变形的影响。建筑物的安全因素会受到隧道施工导致的地表变形和沉降的显著影响，比如地层变形的大小、性质、建筑物所在的位置、建筑物的结构和基础、地层特征等都与建筑物遭受损害的程度具有十分密切的关系[3]。建筑物受到的隧道施工导致的地层变形的影响主要包括两种，也就是直接损害和间接损害：一些建筑物本身处于隧道开挖的主要影响半径内，因为土体在主要的影响半径内会形成非常大的变形，因此很容易导致建筑物设施出现不均匀沉降、倾斜等损害，这就使是所谓的直接开挖损害；一些建筑物处于隧道开挖的主要影响半径外，但是隧道施工本身就会导致出现某种程度的损害，比如开挖导致的地下水出现的大范围的变化，这就是所谓的间接损害，间接损害基本上都与地层条件和隧道施工的方法具有密切关系。
2.2铁路受到的隧道施工的影响
路行车的基础就是轨道结构（见下表1），其属于一个具有较高复杂性的系统，铁路受到的隧道下穿施工的影响主要包括两个方面，一方面是引发线路不平顺性，另一方面是形成道床变形。
首先，线路不平顺性：路地面会由于隧道下穿而出现下沉的情况，并且导致轨道结构发生变形，轨道在列车的不稳定荷载的影响下会发生各种横向、竖向的残余累积变形和动态弹性变形，这就是所谓的轨道不平顺性。钢轨会由于受到荷载的反复作用而发生折断、疲劳和裂纹等问题，并且可能会进一步引发轨道沉降，见图2。在具有较大轨道沉降的路段行驶的列车会发生剧烈的振动，并且对道床的变形起到一种加速作用，并且进一步引发更加剧烈的振动，最终形成一种恶性循环，极大地影响到了行车的安全。与此同时，列车还会由于严重的高低不平顺而发生非常剧烈的沉浮和点头运动，导致发生大幅度车轮减载，在严重的情况下还会引起车轮悬浮的问题[4]。在轨向不良区段和曲线上运行的列车则可能会由于车轮减载而出现脱轨的严重事故。
其次，道床变形：道床的主要组成部分就是碎石，其属于一种散粒体结构。轨枕与道砟在列车的荷载作用下会出现随机性的接触，一般来说主要有三个方面的因素影响到了道砟变形模量：首先，在道砟密度不断增加的同时变形模量也会不断增加；其次，在加载次数不断增加的同时变形模量也会有一定的增加；最后，应力状态。既有线路下穿的隧道施工会导致轨道出现随机性的变形，轨道的不平顺性会导致车辆和轨道结构由于列车动荷载而出现振动的情况，在振动波的影响下道砟变得越来越密实，进一步加剧了轨道的变形，在严重的情况下还会导致轨道结构发生断裂[5]。与此同时，隧道下穿施工还会进一步致使路基体表层出现隆起或者凹陷的现象，会极大地破坏到各种电力设备和排水设施，并且造成路基无法顺畅的排水，最终出现积水的现象，形成一系列的路基病害，使列车的行车安全性受到不利影响。
3.结语
本文对地铁施工造成的地层变形与移动的原因进行了分析，对地表变形和移动的特点进行了总结，并且阐述了既有线路结构受到的地表变形和移动的影响。由于地铁隧道下穿既有线会极大地影响到线路结构的安全性，因此必须要高度的重视这一问题，并且在具体的施工中采取有效的措施，严格控制线路结构受到的地铁下穿隧道施工的扰动影响，全面地提升线路结构和工程本身的安全性。
参考文献：
[1]王小林,李冀伟,刘砚鹏,李岳,寇永照.新建隧道下穿施工对既有铁路的影响研究[J]. 路基工程. 2012(06).
[2]杨清源,麻凤海,胡国栋,郭循杰.大连地铁隧道施工的Peck公式改进[J]. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2012(02).
[3]韩煊,李宁,Jamie R.Standing.地层位移引起建筑物变形特性分析[J]. 土木工程学报. 2011(S1).
论文作者:黄清宏
论文发表刊物:《基层建设》2016年6期
论文发表时间:2016/7/11
标签：隧道论文; 应力论文; 线路论文; 结构论文; 地层论文; 地表论文; 地铁论文; 《基层建设》2016年6期论文;