摘要：地铁隧道下穿既有桥梁施工时，隧道开挖扰动周围地层，引起地层移动和变形，可能对一定范围内邻近的桥梁基础及上部结构造成损伤。北京、上海和广州地铁建设中都曾遇到类似问题，是工程设计和施工中的极大难题。如果未能充分考虑隧道下穿桥梁基础的影响，势必会造成重大的经济损失和社会影响。近年来，随着我国城市轨道交通的快速发展，隧道下穿既有构筑物的工程实例日益增多，全面分析隧道施工去桥基的影响，采取合理有效的措施，才能保证城市铁路安全运行。
关键词：地铁隧道；下穿既有铁路桥；施工影响；分析
1导言
随着城市人口密集程度的增大大，人流量增多，城市轨道交通逐渐由地上转变到地下。由于城市轨道的特殊性，它与地上建筑、管线及道路等都存在诸多联系，施工方在进行地铁隧道下穿既有铁路施工时必须综合分析以上情况。在既有铁路施工过程中，列车载荷与铁路自重都有可能会对铁路路基结构稳定性造成破坏，从而影响到列车运行安全。在地铁隧道下穿既有铁路桥施工过程中，隧道开挖扰动四周岩体引发地层变化，对相近的桥梁基础与上端结构产生影响，这也是现阶段地铁施工常见问题。伴随着科学技术的进步与社会经济的发展,地铁建设得到了空前重视，地铁隧道下穿既有铁路桥施工也成为工程领域重要研究课题之一。地铁隧道下穿处理不当或产生偏差就会影响后续列车运行，因此，在地铁隧道下穿既有铁路桥施工时，要保证桥梁变形控制在一定范围内，同时增加注浆加固范围进而保证施工过程中桥梁稳定、安全。
2既有铁路施工影响分析
在城市交通行业飞速发展的今天，为有效缓解城市交通压力，地铁盾构下穿既有铁路施工的情况逐渐增多。地铁隧道下穿既有铁路施工时，势必会造成周围土体扰动、周围地层出现缺陷，进而引起铁路路基沉降。因此，地铁隧道下穿既有铁路施工难度相对较高，铁路运行存在较大风险问题，处理不当容易造成重大经济损失。在地铁隧道下穿既有铁路施工过程，采用不同施工控制技术与施工方法所产生的影响也不一样。其中，地铁隧道盾构下穿施工过程中存在诸多不稳定因素，这些不稳定因素对铁路轨道的稳定性有一定的影响。相对于常规铁路施工而言，下穿既有铁路会改变铁路路基应力场，从而引起地表变形、铁路轨道产生位移或者钢轨变形等现象。在铁路运营过程中，铁路轨道要求相对较高，铁路轨道的变形会影响线路的正常运行。上部铁路的运行也可能会影响到下穿隧道的施工。国内外相关研究资料表明，施工过程中无法避免地下结构与周围地表受到影响，施工过程中必然会造成周围土体变化。如在盾构法施工过程中，盾构掘进过程中会引起地层损失、持续沉降、开挖面沉降或者尾部沉降等问题。从既有铁路路基稳定性角度来看，深层地基土之间位移变化和应力分布具有类似规律，开挖过程中会出现挤压应力。虽然管桩能够加固地基，但在填土载荷逐渐增大之后，应力方向便会出现逆转，从而导致变形回弹。在地铁隧道施工过程中，上部土体卸载之后土体挤压变形更加显著，需要进行重新加固处理。当挤压变形出现回弹现象之后，挤压变形便会开始减弱，容易造成路基变形逆转。在既有铁路施工方面，若地下水位开始降低，土体便有可能因为覆土层压力增长而出现固结沉降现象，从而导致垂直土压力增加。因此，铁路隧道下穿既有铁路施工中的铁路路基会因为各种外力变化而出现路基倾斜或者路基下降现象。由于铁路路基稳定性影响因素相对复杂，施工过程中桩基变形与路基沉降和土层之间存在密切关系。所以，必须注重铁路路基变形与土体规律研究，通过采取路基稳定措施降低既有铁路施工所带来的影响。
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3地铁下穿既有铁路桥变形影响研究
3.1计算某地铁6号框构桥有限元模型大小
模型大小为65.2 m×40 m×31.5 m，划分网格后注意到框构桥与地层移动变化需在框构桥和土层中设置接触面。根据两台阶工法模拟，各循环进尺0.5 m，为确保掌子面和核心土之间距离保持在2 m，上台阶留有核心土，掌子面和下台阶距离约3 m，上下隧道前后偏差约20 m开挖，承载力结合具体状况折算添加。
3.2框构桥变形
桥检测起点处于模型中框构桥一端面上，计算检测点顺着行线隧道呈水平分布，根据上下行线隧道距离20 m开挖形式施工到变形稳固后，主路和铺路下框构桥底板最大沉降量为14 mm与14.35 mm，超出标准参数10 mm。6号框构桥差异沉降检测结果为：隧道施工6号框构桥带有倾斜，垂直位移最低约3 mm，在1#点最高为8.4 mm，在8#点。差异沉降为8.4-3=5.4 mm，低于桥跨长。在前期服役条件下，6号框构桥可能发生沉降超出承载范围，不过结构总体较为稳定。
3.3地层变形对相近设施影响
隧道施工使围岩应力发生改变使地层移动，等同于土在自重应力条件下土体变形，隧道施工导致土体变形在沉降速率与空间位置上存在明显差异，导致地表在一定时间内出现严重变形，沉降速率过大的变形就会影响临近设施。隧道施工引发的地表沉降与变形对建筑主体影响严重，除了地层外，建筑主体受损程度和建筑主体基础形式、所在位置等也有着一定关系。
3.4框构桥脱空
隧道施工容易引发框构桥底板脱空，造成底板裂缝。实际施工时使得框构桥在现有变形条件下趋向下行线倾斜。框构桥底板与垫层垂直向位移最大变形处于中心位置外端，框构桥底板最大变形8.2 mm，同一位置垫层最大变形量在9 mm，出现脱空问题。中心位置里端，框构桥底板最大变形为6.5 mm，同一位置垫层最大变形量约6.4 mm，两者变形相似。
4方法建议
第一，施工控制，下穿桥梁墩台基础前应模拟盾构推进，确定推进参数。推进过程中平均进度5.15环/d，最高推进10环/d，最低1环/d。模拟推进时的做好四周地表检测结果分析，根据施工参数与监控信息在穿越过程中降低土方开外量，适时增加隧道外注浆方量。在施工进度控制上结合模拟推进实验结果确认推进参数。第二，脱空控制。某地铁下穿6号铁路桥，框构桥底板下沉超出10 mm后桥底板就会出现脱空现象，差异沉降较小，在允许范围内。对此，建议加大检测频率，注意观察桥梁变形状态，结合桥梁变形状态扩大注浆范围。因为脱空在施工中并不容易发现，初期支护后对区间隧道开挖影响展开物探，检测框构桥底板脱空位置、脱空程度，结合检测结果进行框构桥脱空区注浆加固，防止出现脱空，提高桥梁承载，确保隧道施工时铁路桥稳定。第三，变形控制。加固施工过程中桥墩水平位置和沉降监测周期为60d。下穿施工过程中沉降变化大，墩身水平位移变化，累计参数逐渐增大。穿越后水平位移不变，保持稳定。结果显示，总体检测阶段变化波动较小，检测项目最大参数全部低于报警参数。因此，穿越时制定保护措施效果显著。
4结语
现如今，城市人口数量越来越多，地铁工程快速发展，地铁隧道下穿既有线路的情况也随之增加。在实际施工中由于地理环境、施工质量、土层复杂性等因素的影响，在实际施工过程中易出现不同程度的地表变形问题。地铁隧道下穿影响铁路的顺利运行与新建隧道施工安全，因此，地铁隧道下穿施工要立足于多方面、全过程。施工时，在初期支护完成后，对区间隧道开挖影响的范围进行物探，探测框构桥底板的脱空位置、脱空程度，根据探测结果对框构桥脱空区进行注浆加固处理，避免底板脱空现象进一步发展，改善桥梁受力状况，保证区间隧道施工过程中铁路桥的安全。
参考文献
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论文作者:潘艳宾1,卢金宇2
论文发表刊物:《防护工程》2019年12期
论文发表时间:2019/8/29
标签：隧道论文; 铁路论文; 地铁论文; 路基论文; 过程中论文; 铁路桥论文; 底板论文; 《防护工程》2019年12期论文;