摘要：盾构施工优点较多，并且随着时间发展性能逐渐改进完善，但是施工过程中还是不可避免会带来一定程度铁路路基及轨道的沉降，如果沉降超出铁路轨道标准允许的范围，可能引发铁路行车安全事故，导致严重后果。
关键字：盾构施工；铁路安全；影响
目前我国地铁隧道施工常用的是盾构施工方法，盾构施工劳动强度低、掘进速度快；基本不受外界气候的影响，因施工产生的地表沉降也能得到较好的控制。在施工中，地面覆盖物是我们施工期间要时刻注意的因素，新建地铁下穿既有铁路路基施工，必然引起既有铁路轨道路基产生沉降变形，因可能存在重大的安全隐患，对工程进度产生重大影响，国家财产也会受到影响，由众多工程实践结果表明，非正常变化的施工方法和施工参数都会在施工过程中产生严重的后果。
1盾构施工的优缺点
1.1盾构施工的优点
就本质而言，盾构法隧道属于暗挖施工方法之一，不存在明挖施工法的诸多缺点。主要优点有： （1）施工对环境影响小。主要包括：对周围居民生活和出行影响小；不影响 地面交通；穿越河道时不影响航运；施工占用场地较小，减少施工占地和征地 费用等。 （2）施工不受地面环境、气候条件以及季节等因素的影响。 （3）盾构的推进、出土、衬砌拼装等可实行自动化、智能化和施工远程控制 信息化，施工易于管理，掘进速度快，具有较好的经济性和安全性。 （4）在土质差水位高的地层中修建大埋深、长距离、大直径隧道时，盾构法 有较高的技术经济优越性。 （5）使用范围广，可广泛适用于软土、砂卵石、软岩直至硬岩等各类地质条 件。
1.2盾构施工存在的的问题
（1）建造短于750m的隧道经济性差；对隧道曲线半径过小或隧道埋深较浅时，施工难度较大；水下施工时，若覆十太浅则施工安全性较低。 （2）盾构法隧道上方一定范围内的地表沉降难以完全消除，特别是在饱和含水松软的土层中，要采取严密的技术措施才能把沉降控制在很小的限度内。 （3）在饱和含水地层中，盾构法施工所用的拼装衬砌对达到整体结构防水性的技术要求较高。
2盾构施工对线路安全影响的原因分析
（1）地质条件。土体沉降的首要原因来自于土层的地质条件。不同地区的 地质条件不尽相同，从而导致不同程度的土体沉降，同一地区的不同土质甚至会 产生不同程度的不均匀沉降。 （2）隧道埋深。沉降的原因同隧道埋深有一定的关系，开挖深度不同沉降也会不等。
（3）开挖形状。土层沉降与开挖大小和形状有着密切关系。一般情况下， 沉降程度和开挖大小成正比，开挖小，沉降量相对小，开挖越大，沉降量也就越大。
（4）盾构机选型。盾构施工前期设计阶段盾构机的选型直接影响到后期空 隙的大小。
（5）注浆量不够或不及时。盾构施工过程中注浆量不够或者同步注浆不及 时会导致盾构前进后管片与周围土体之间的空隙量加大，从而加大地层沉降的几率。
（6）土仓压力。盾构穿越既有铁路时，由于盾构机项推会对铁轨产生一定 的沉降或隆起，推力过大和不足都会产生影响，具体表现为：盾构推力过大时， 盾构切口前方土体会隆起；盾构推力不足时，盾构切口前方土体会下沉。
（7）二次注浆。同步注浆后的浆液因凝固或发生流失，会有一定的收缩， 在管片背面形成空腔，易发生坍塌变形进而产生地面沉降。二次注浆可及时有效 填充管片背面的空腔，控制地面下沉。
（8）不均匀沉降。盾构隧道穿越既有铁路过程中，可能会使得两条钢轨产生差异沉降。由于两条钢轨下土层的沉降不同，从而导致两条钢轨沉降量不同。 这种不均匀沉降的出现会影响列车行进过程中的稳定性，产生不规律的摆动可能，乘客的乘坐舒适度也相对下降。
3盾构施工对线路安全影响
铁路运营对线路的沉降、隆起和钢轨问的差异沉降有着特殊的严格要求。特别是高速运行的列车，即使是微小的变化都可能会对列车安全运行构成灾难性的影响。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
3.1路基结构变形对铁路安全的影响
盾构施工对既有铁路结构的不良影响，一方面盾构施工导致地层应力状态的改变，引起地层的移动和变形，在既有铁路下产生不良地基，引发路基沉降变形；另一方面隧道开挖引起的破坏力通过地层递到既有结构，使既有隧道结构应力发生变化、产生变形，并导致路基两侧差异沉降。一般来说，新建隧道开挖引起既有结构变形的形式主要有四种：纵向结构挠曲变形、纵向结构剪切变形、 横向截面翅曲变形、横向截面的压弯变形。通常这些变形形式不是单独出现的， 往往是几种变形同时产生，危及结构的安全。
路基沉降对列车安全运行的影响，铁路轨道结构包括轨枕、钢轨及其附属扣件，可以被视为一条以轨枕为弹性支座的连续承载梁，属多支座超静定系统，在列车运行荷载作用下，轨枕将荷载传向碎石道床，碎石道床的弹性会起到缓冲作用，并很快恢复稳定。下部土体发生沉降，会减少轨枕下部的支撑面，进而破坏多支座超静定系统的稳定性。在列车行驶过程中，这些连续承载梁会产生较大的变形量，轨道结构中的应力增大，严重时可使轨道结构断裂。轨枕的支撑面形成沉陷坑时，列车通过时就会受到来自下方的冲击。这种垂直方向上的冲击可同列车的自振结合引发更大的列车振动，严重时造成出轨事故。列车车速越快，沉陷坑的高长比越大，危险也越高。
轨道差异沉降对列车安全运行的影响，盾构施工时，可使两条铁轨之间出现差异沉降。特别是当隧道中线和铁路中线之间的夹角较大时，同一条铁轨以及同一断面上的两条铁轨下方的土体沉降量是不同的，这会加大轨道之间的差异沉降。这些差异沉降和列车的自振相结合，使得列车振幅增大，增大列车摇摆。对于运营的既有铁路线路，不均匀沉降产生轨道差异沉降，可能引起列车的倾倒，还可能产生轨向变化，导致列车脱轨事故。
3.2轨道结构变形对铁路安全的影响
既有轨道结构不同于一般的建筑物或者构造物，其空间位置关系、几何形状和尺寸等受外力作用影响较大。当隧道开挖产生的破坏力和变形传递给既有轨道构时，既有轨道结构将发生变形，这使得整个线路方向产生不平顺，轨道不平顺是引起列车振动、轮轨动作用力增大的主要根源，对列车平稳舒适和行车安全都有重要的影响。轨道相互作用的理论研究和我国提速线路运行实践证明，在特别平顺的轨道上，列车运行过程中的振动和轮轨间的动作用力都不大，行车安全和平稳舒适性都能够得到保障，轨道和车辆部件的磨损和维修周期也较长，反之，即使轨道结构和路基主体在强度方面完全满足要求，而轮轨平顺性较差时，在列车高速运行下由于轨道不平顺引起的车辆振动、轮轨噪声和轮轨作用力也将大幅度增加，使平稳、舒适、安全性严 重恶化，并加大轮轨之间的磨耗，既影响乘车旅客的舒适度，降低了列车运行质量，又影响了车轨部件的使用寿命，增加了维修养护的成本。在轨道变形较大的地段，甚至会引发列车出现爬轨、脱轨事故，对线路的安全运营造成潜在威胁。反之，甚至导致列车脱轨。
3.3既有铁路附属设施损害对铁路安全的影响
新建隧道开挖的应力应变传递到既有铁路线路时，导致既有结构变形。因既 有线路结构不均勾沉降而引起的路基底板倾斜，会影响既有铁路里程内附属设施的正常使用。如路基底板倾斜会导致信号灯、接触网杆等高耸的功能性构造物设施重心发生偏斜，严重时可能发生倾倒事故，影响线路的正常运营。
3.4对铁路轨道的影响对铁路安全的影响
钢轨侧面磨损，不均匀沉降使原超高设置发生变化、轨距的偏移等，造成钢轨磨损增大。 钢轨垂直磨损，盾构施工引起路基结构的变形，进而引起铁路线路的几何尺寸发生变化，造成钢 轨局部变形或沉陷，增大与车轮间的摩擦，加上钢轨表面状态污染（水、雪、油、货 物），以及货物装载不良等原因均会加重钢轨的垂向磨损。钢轨波状磨损，由于开挖形成沉降槽，列车通过沉降槽时必然会对钢轨产生一定的冲击力、在急剧增大的轮轨动作用力，钢轨造成波状磨损。
参考文献：
[1]娄国充．铁路隧道下穿既有路基沉降规律及控制标准研究．北京交通大学，2012．
[2]何卫．暗挖地铁隧道下穿高速铁路路基沉降规律与控制措施研究，北京交通大 学，2015．
[3]张涿娃．暗挖地铁隧道穿越环线地铁沉降控制技术【J】．市政技术．2011（06）
论文作者:王锐
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/9
标签：盾构论文; 列车论文; 铁路论文; 隧道论文; 钢轨论文; 轨道论文; 路基论文; 《建筑学研究前沿》2018年第17期论文;