地铁盾构下穿既有铁路可行性分析及应对措施

文章编号:100926825(2010)1420292202地铁盾构下穿既有铁路可行性分析及应对措施收稿日期:2010201219作者简介:桑中顺(19822),男,助理工程师,中铁第四勘察设计院集团有限公司,湖北武汉　430063桑中顺摘　要:对某地铁盾构区间穿越既有铁路股道工程的可行性进行了分析,采用理论公式及数值模拟对盾构与铁路的相互影响进行研究,并给出了具体的应对措施,对区间的后续施工具有指导作用。

关键词:地铁,盾构,铁路中图分类号:U455.4文献标识码:A 在地铁建设过程中,盾构法以其独有的优点,在施工方法中所占的比例越来越大。

但盾构施工面临着越来越复杂的周边环境和施工条件,施工过程中穿越障碍物或近距离通过既有建(构)筑物的情况越来越多。

下面针对某地铁区间穿越既有铁路股道的可行性进行分析,并给出具体的应对措施,对区间的后续施工具有借鉴意义。

1　工程概况某地铁盾构区间长895m ,外径6200mm ,内径5500mm ,垂直正穿既有铁路,采用土压平衡盾构施工。

线路线间距16m ～15m (下穿铁路段线间距为16m ),线路采用5.0‰单面坡,轨面标高埋深约21m ,隧道结构顶与铁路站场地面垂直距离约16m 。

既有铁路为Ⅰ级国铁线路,双线正线,有碴轨道,速度目标值为160km/h ～200km/h (线路开行动车,最高时速200km ),铁路站场为4台10线,其中到发线7条(含正线兼到发线2条),基本站台宽12m 。

隧道穿越区域土层自上而下分别为:①1杂填土,③1黏土,③2粉质黏土,③3粉土夹粉质黏土,⑥121粉质黏土,⑥1黏土,⑥221粉质黏土夹粉土,⑥2粉质黏土。

盾构穿越段主要位于⑥1黏土,⑥221粉质黏土夹粉土。

2　轨道交通区间盾构施工对既有铁路影响分析对于盾构隧道施工引起地面沉降预测,派克(Peck ,1969年)提出了地层损失的概念和估算方法。

此后经过大量工程实践及修正完善,该方法成为最常用的估算盾构正常施工引起地面沉降的方法。

该方法认为在不考虑土体排水固结与蠕变的条件下,盾构推进后地面横向沉降基本为似正态曲线,具体地面沉降关系如下:S x =V l 2πi e (-x 22i 2)。

其中,S x 为地面到盾构中心处埋深为Z 的断面上,距离隧道中心线x 处的沉降量;V l 为地层损失量;i 为沉降槽宽度系数,是土壤条件、隧道半径、隧道中心埋深的函数。

i =Z 2πtan (45°-<2)。

事,必先利其器,没有专业的设备和仪器是做不好这项工作的。

尤其是对定期检查和特殊检查需要的设备、仪器要尽快配备,使检查的手段现代化,才能真正发挥其应有的作用。

3)重视对桥梁的养护,加强道班对桥梁的养护工作。

道班是最基层的养护单位,道班应有日常的《桥涵养护工作制度》,做到养护工作制度化,并经常检查制度落实情况,道班要制定桥梁检查、经常检查表格,每月检查情况建卡存档,建立一套较为规范化、标准化的桥梁养护管理制度。

4)各单位要有一名专业技术人员专抓桥梁养护管理技术工作。

在做好桥梁的定期检查、资料管理工作的同时,应切实抓好道班的经常性检查、小修养护。

养护道班应有1人～2人的兼职桥梁检查员,负责每月一次对本管养桥梁进行检查,并制定每月桥梁小修养护计划,每月桥梁养护按计划进行。

5)汛期应加强对桥梁的检查和防护。

重点对桥龄长的旧桥进行技术监控,并有计划地拨专款对旧桥进行加固、维修或改造。

6)加强路政管理和巡查,严格禁止桥下危及桥梁安全的违章建筑和桥上下游各250m 内挖砂、抽河砂及施工等违章行为。

桥梁各种安全设施齐全完善,荷载、限载标志准确明显。

5　结语交通事业的发展,对公路桥梁的养护提出了更高的要求。

新旧桥并存、荷载标准不一的现状,短时间内不可能彻底扭转。

因此,必须加强桥梁的养护和管理,努力提高桥梁载重能力适应率,保证桥梁安全。

在桥梁改造中,旧桥加固必将发挥重要作用,要深入开展桥梁加固的研究。

桥梁养护的目的是确保桥梁构造物的安全、完整、适用与耐久,以“预护为主,防治结合”为原则,以承重部件为重点,加强全面养护。

桥梁养护应认真执行规范要求,采取灵活、科学的方法,认真对待桥梁养护工作,减少因养护不当而引起的桥梁损坏,为桥梁的安全使用提供有力的保证。

参考文献:[1]　韩玉梅.浅析公路桥梁养护对策[J ].山西建筑,2008,34(22):2972298.On the questions existed in maintenanceand management of bridges and countermeasures thereofSONG An 2hongAbstract :Problems expressed by damaged bridges are introduced ,at the same time reconstruction situations of highway bridges at present are analyzed.In addition countermeasures for maintenance management of bridges are elaborated as well as several suggestions are pointed out ,in order to instruct practical maintenance and management work of bridge to ensure the safety of bridge structure.K ey w ords :bridge ,maintenance ,present situations ,countermeasure suggestion・292・第36卷第14期2010年5月 山西建筑SHANXI ARCHITECTURE Vol.36No.14May.　2010 对Peck 公式求导可得沉降曲线的最大斜率(发生在x =i 处):η=0.61iS max 。

如设定地层的极限剪应变Y p 与η相等,则:Y p =[τ]G=η=0.61iS max 。

[S max ]=i [τ]0.61G。

其中,[τ]为地层抗剪强度;G 为地层剪切模量。

上式即为从隧道施工本身的安全稳定性推求的地面沉降最大容许值。

盾构隧道穿越火车站站场段结构顶覆土厚度约16m ,区间结构外径3.1m 。

盾构施工过程中地层损失率取0.5%(按盾构隧道正常施工),由Peck 公式计算得:单孔隧道掘进施工时引起的地面最大沉降为6.7mm ;双孔隧道先后掘进地面最大沉降为9.3mm ,如图1,图2所示。

3　既有铁路工程对轨道交通区间盾构施工的影响分析盾构隧道内径采用5500mm ,管片厚度为350mm ,管片宽度1200mm ,采用修正惯用计算法进行结构计算。

结构按匀质圆环考虑。

由于纵缝接头、螺栓孔的存在,导致整体抗弯刚度降低,计算时取圆环抗弯刚度为η(EI )(η为抗弯刚性的有效率,η≤1,一般取0.6～0.8),考虑错缝拼装管片接头部弯矩的传递,结构整体补强效果,进行错缝拼装弯矩重分配。

计算采用的参数为:刚度有效率η=0.8;弯矩增大系数ξ=0.3。

将列车荷载、路面土体荷载施加于原状土上,350mm 厚,1.2m 宽管片最大弯矩为293.2kN ・m ,最大轴力为947.7kN ,最大剪力为153kN ,最大变形为10.57mm ,可看出,既有铁路对后期盾构施工的安全性及盾构施工质量影响较小。

计算结果见图3,图4。

4　研究结论1)结合盾构施工经验,在穿越既有铁路时,列车限速:地面列车减速行驶;2)根据前期盾构掘进参数控制与地层位移关系,确定合理的土压力值、排土率及掘进速度等;3)穿越前应对盾构机械进行检修,避免中间停机、漏浆或注浆系统堵管等情况发生,保证盾构能够连续匀速推进;4)严格控制掘进速度和同步注浆量,避免因盾尾空隙未能及时充填而产生下沉;5)及时进行二次注浆,控制后期沉降;6)在轨道交通施工前对穿越段铁路采取扣轨措施,施工过程中采用调整轨道扣件的办法及时调整轨道高程,以满足铁路线路的标准;7)加强沉降监测,应对轨道进行穿越施工全过程监测,其中对轨道沉降、轨道横向差异沉降、轨距变化和道床纵向沉降等内容应进行24h 的远程实时监测;根据监测结果,及时优化调整掘进施工参数,做到信息化动态施工管理。

采用高精度的连通管自动监测的方法,对轨道作加密监测,盾构通过期间,定期提供监测数据,并及时反馈。

参考文献:[1]　周文波.盾构法隧道施工技术及应用[M ].北京:建筑工业出版社,2004.[2]　张凤祥.盾构隧道[M ].北京:人民交通出版社,2004.[3]　刘英城.盾构机穿越高速铁路的施工[J ].隧道建设,2006,26(2):47249,84.[4]　叶耀东,王如路,张柏平,等.盾构穿越运营地铁隧道施工技术[J ].现代隧道技术,2004(sup ):4942496.[5]　王海平,范新健,张庆贺,等.盾构穿越铁路股道的施工风险分析[J ].低温建筑技术,2008(6):77279.[6]　鲍永亮,郑七振,唐建忠.盾构隧道穿越既有建筑物施工技术[J ].铁道建筑,2009(4):52255.[7]　李　林.盾构隧道下穿既有铁路信息化施工技术研究[D ].成都:西南交通大学,2006.[8]　丁　智.盾构隧道施工与邻近建筑物相互影响研究[D ].杭州:浙江大学,2007.On feasible analysis of subw ay shielding under existing rail w ays and its measuresSANG Zhong 2shunAbstract :The paper analyzes the feasibility of track projects along the existing railway of shield section of some subway ,researches the mutual influence of the shield and the railway by adopting the theoretical formula and numerical simulation ,and provides the relative measures ,so as to direct the following construction.K ey w ords :subway ,shield ,railway・392・ 第36卷第14期2010年5月 桑中顺:地铁盾构下穿既有铁路可行性分析及应对措施。