・隧道／地下工程・ 各土层物理力学性质指标见表ｌ。 张 舵一地铁盾构区问穿越既有铁路技术措施研究 表１ 物理力学性质指标 ２ 路基沉降和轨道变形要求 盾构施工对铁路的影响主要包括路基沉降和轨道 变形，其中轨道变形是控制铁路行车安全的主要因素。 对于有砟轨道的路基沉降，可以通过回填道砟、补 充注浆等方式予以补充，所以普通铁路路基沉降要求 不高。《铁路路基设计规范》（ＴＢ１０００１－－２００５） 中 ７．６．２条规定，一级铁路路基沉降量≤２０ ｃｍ、沉降速 率均≤５ ｃｍ／年。《高速铁路设计规范（试行）》 （ＴＢ１０６２１—２００９） 中规定：对于有砟轨道，设计速度 为２５０ ｋｍ／ｈ，一般地段工后沉降≤１０ ｃｍ、沉降速率均 ≤３ ｃｍ／年；设计速度为３００、３５０ ｋｍ／ｈ，一般地段工后 沉降≤５ ｃｎｌ、沉降速率均≤２ ｃｍ／年； 对于无砟轨道的路基应遵循无砟轨道完工后的工 后总沉降△５，不允许危害铁路运营安全或产生损坏线 路可使用性的轨道变位，也不能超过系统扣件竖向高 度调整量的某一比例。《高速铁路设计规范（试行）》 （ＴＢ１０６２１—２００９）口 中规定，无砟轨道路基工后沉降 不宜超过１５ ｍｍ；沉降比较均匀并且调整轨面高程后 的竖曲线半径满足（Ｒ ≥０．４ ）的要求时，允许的工 后沉降为３０ ｍｍ。 在施工中以轨道沉降变形为实际控制标准，根据 ２００６年铁道部发布的《铁路线路修理规则》（铁运 ［２００６］１４６号） ，适用于１ ４３５ ｍｍ标准轨距和线路允 许速度为２００ ｋｍ／ｈ及以下的线路。规则第６．２．１条 规定了线路轨道静态几何尺寸容许偏差管理值 高速铁路还应遵守《高速铁路设计规范》的相关 要求，同时应以铁路运营单位的实际轨道平顺性管理 数据为准。如北京铁路局京铁工［２００８］２３８号文件 《京津城际铁路无砟轨道线桥设备维修规则（试 行）》 第７．１．１条之规定。 ３ 计算分析 ３．１ 沉降分析计算 盾构隧道施工不可避免地导致隧道上方一定范围 内地面出现沉降。在软弱地层中施工盾构隧道，引起 ８２ 地面沉降的主要原因是盾构施工引起隧道周围土体的 损失和地下水位下降引起的土体固结沉降。应通过预 先计算预测沉降量并在施工过程中控制地面沉降值等 措施保证隧道上方铁路的安全。分自然状态和隧道顶 部预加固两种情况进行分析。 ３．１．１ 计算模式 采用平面有限元法，考虑地层与衬砌共同作用。 为分析注浆与不注浆两种施工方案对盾构隧道施 工引起地表变形的影响，数值计算中采用平面应变的 二维有限元地层结构模型。为便于对比，两种方案均 采用相同尺寸、地层参数以及相同边界约束条件的有 限元模型，而区别在于注浆方案将通过提高注浆范围 土体模量进行模拟。有限元模型如图３所示，模型水 平宽度为６０ ｍ，高度为４０ ｍ。上、下行线隧道水平间 距为１８．４ ｍ，其几何尺寸基本相同，外径为６．０ ｍ，管 片厚度为３００ ｍｍ。隧道上方覆土厚度为１４．４ ｍ，对隧 道顶部９．０ １３１、中心线每侧６．０ ｍ范围围岩进行加固。 隧道顶部加固范围 图３ 区间隧道计算断面 ３．１．２材料本构方程 对于岩土体材料，其变形是极其复杂的，这不仅与 岩土体的成分、成因、结构等因素有关，还与岩土体的 历史、受荷状况等有关。岩石能够很好地承受压应力， 但是只能承受很小的拉应力。岩石的应力一应变关系 中几乎不存在弹性极限，因为岩石甚至在很小的荷载 作用下，就出现显著的不可逆的塑性变形。所以，计算 过程中采用Ｄｒｕｃｋｅ．Ｐｒａｇｅｒ弹塑性的非线性本构 模型 。 Ｄ—Ｐ模型是在考虑了静水压力影响的广义Ｍｉｓｅｓ 铁道标准设计ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＤＥＳＩＧＮ ２０１３（０２） 张舵一地铁盾构区间穿越既有铁路技术措施研究 屈服准则基础上建立起来的，表达式为 一ａｌ ＝ｋ ： ＝———＝＝＝三＝＝＝＝，， ，ｃ＝—＝＝二二二二＝： √３ Ｊ３＋ｓｉｎ Ｊ３＋ｓｉｎ 式中 ，１——应力第一不变量，，１＝ｏｒ１＋ｏｒ２＋ｏｒ３； ．， ——第二偏应力张量不变量，其表达式为 ，２＝÷［（ｏｒｌ—ｏｒ２） ＋（ｒｏ２一ｏｒ３） ＋（ ｌ一 ３） ］ ｃ——岩土类材料的黏聚力，ＭＰａ； ——岩土类材料的内摩擦角，（。）。 Ｄ—Ｐ模型的优点是采用了简单的方法考虑了静水 压力对屈服和强度的影响，参数少，计算简单，同时也 考虑了岩土类的剪胀。 ３．１．３ 计算结果 经有限元计算分析，得到盾构隧道施工过程中，注 浆和不注浆两种工况下地表沉降规律。当不注浆时， 两盾构隧道下穿铁路，引起的地表沉降曲线如图４所 示，由图４可知，隧道施工完成后地面最大沉降计算值 自然状态下为一９．８０ ｍｍ，沉降槽较深。注浆加固后， 地表沉降曲线如图５所示。由图５可知，地表沉降最 大值为一４．９２ ｍｍ，沉降槽较浅，影响范围较小。注浆 加固较不注浆地表沉降减小５０％。 二 ＿５ 三５＿ ：１２ ：广、／＼厂 Ｌ 无地层加固地表沉降曲线 监测位置／ｍ ￣星 竿— 三 ！ 世 臻 ＾厂 图５ 有地层加固地表沉降曲线 计算结果显示加固后铁路路基沉降量较小，同时 沉降槽较平缓，对铁路运营有利。故建议对铁路下方 路基进行加固，要保证注浆浆液质量，控制浆液范围， 尽量均匀密实，减小地层损失，切实保证注浆效果。且 盾构下穿铁路施工时需要对地面加强监测，严格控制 盾构推进速度并实施同步注浆，避免施工对铁路安全 运营带来不利影响－ｏ 。 ３．２结构配筋计算 根据计算分析，同样轴重的情况下，列车速度越 高，在盾构顶产生的动荷载越大，同时考虑盾构施工造 成的铁路路基不平顺，并参考类似工程经验，列车荷载 可按７５ ｋＮ／ｍ条状荷载考虑。经过地层加固后，土体 铁道标准设计ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＤＥＳＩＧＮ ２０１３（０２） ・隧道／地下工程・ 模量约提高３倍，按经验其静力触探锥尖阻力提高为 原来的２～３倍，土体水平向抗力系数提高２～ ３ ＭＰａ［ ｕ／世蟮 霸 经计算，盾构配筋以裂缝宽度０．２ ｍｍ控制，主筋 采用１０４）２０ ｍｍ。对铁路路基加固后，也可减少运营期 间列车动荷载对区间隧道的影响，同时通过加强区间 管片配筋、在管片中掺入钢纤维以增加其抗裂性能等 措施，确保运营期间区间隧道的安全。 ４ 采取措施 ４．１ 加固措施 为保证铁路的正常安全运行及盾构顺利推进，采 取预加固措施，如图６所示。 图６加固布置纵剖面 首先进行铁路两侧的旋喷桩施工，加固过程中应 控制施工速度，以减小施工对铁路的影响，旋喷桩施工 期间必须对铁路进行监护和监测，根据监测结果调整 施工参数，并通知铁路部门对线路进行及时养护；其次 对主加固区（Ａ）、次加固区（Ｃ）等进行加固。 施工主加固区（Ａ）时对铁路线路应采取以下保护 措施：采用分层注浆加固，预加固范围为主加固区（Ａ） 的７０％左右，并采用复合浆液，缩短胶凝时间，以控制 注浆压力和扩散范围，注浆压力和注浆速度根据线路 轨道变形的监测数据进行调整，减小注浆对基床的影 响，同时为下一阶段跟踪注浆预留注浆孔。次加固区 （Ｃ）采用竖直施作注浆孔，复合浆液，一次性加固 完成 。 ４．２盾构推进控制措施 为保证铁路正常运输的绝对安全，盾构推进时须 采取以下技术措施。 ４．２．１ 洞内措施 考虑列车动荷载影响，对铁路下方中心线左右两 侧各５０ ｍ范围内的钢筋混凝土管片配筋进行加强，掺 入钢纤维以增强其抗裂性。同时根据地面监测情况， 必要时在加固（Ａ）区进行跟踪注浆。 根据地面（和先行隧道）的监测情况，不断优化盾 构施工的各种技术参数，合理选定推进速度、平衡土压 力、出土量等参数，严格控制盾构纠偏量 。 严格控制同步注浆量和浆液质量。 考虑注浆加固效果不良，对盾构隧道均采用加设 注浆孔的管片，必要时盾构隧道施工完成后，对隧道管 ８３ 隧道／地下工程・ ・张 舵一地铁盾构区间穿越既有铁路技术措施研究 施工的安全。 参考文献： ［１］ 中华人民共和国铁道部ＴＢＩＯ００１—２ＯＯ５铁路路基设计规范 ［Ｓ］．北京：中国铁道出版社，２００６． ［２］ 中华人民共和国铁道部．ＴＢ１０６２１—２Ｏ０９高速铁路设计规范（试 行）［Ｓ］．北京：中国铁道出版社，２００９． ［３］ 中华人民共和国铁道部铁运［２００６］１４６号铁路线路修理规则 ［Ｓ］．北京：中国铁道出版社，２００６． ［４］ 北京铁路局办公室．京铁工［２００８］２３８号京津城际铁路无砟轨 片外土体进行注浆加固。 ４．２．２洞外措施 盾构推进实行信息化反馈施工，增加监测频率。 在铁路两侧埋设沉降观测点，进行０．５ ｈ一次的跟踪 测量，通过施工监测进行跟踪注浆，并进行信息分析， 及时通知井下调整掘进施工参数 。及时对碎石道 床进行铺垫和轨道校正，保持铁路轨道的平顺直。 ４．３ 监测布置 区间所做的监测主要包括隧道外监测和隧道内监 道线桥没备维修规则（试行）［Ｓ］．北京：北京铁路局办公 室，２００８． 测。隧道外监测包括地表沉降、线路沉降及方向偏移、 深层土体沉降监测、隧道两侧地下水位监测等。隧道 内监测主要包括沉降监测、钢筋内力、混凝土应变、管 片与围岩接触压力等。 ５结论及建议 ［５］ 张义同，等．隧道盾构掘进土力学［Ｍ］．天津：天津大学出版 社．２０１０． ［６］ 肖立，张庆贺．盾构长距离下穿铁路股道引起的地表沉降分析 ［Ｊ］．上海交通大学学报：自然科学版，２０１１，４５（５）：６７２—６７６． ［７］ 田海波，宋天田．轨道交通９号线下穿铁路工程风险及对策研究 ［Ｊ］．地下空间与工程学报，２００７，３（１）：１４７—１５０． ［８］ 王伟忠，臧延伟盾构下穿既有铁路线路地基加固方案与效果分 根据掘进实测数据，在采取上述措施后，下穿铁路 析［Ｊ］．铁道建筑，２００７（１２）：６３—６５． ［９］ 张飞进，高文学．盾构隧道穿越既有线施工控制措施研究［Ｃ］隧 道、地下工程及岩石破碎学术研讨会论文集．大连：大连理工大学 出版社，２００７：１７６—１８Ｏ． 的轨道沉降约２．４ ｍｍ，满足维修保养要求，保证了盾 构施工过程上部铁路的安全运营。 综合考虑以上措施，在隧道通过前做好预加固措 施，并对加固质量进行检测，预留部分注浆孔。在隧道 ［１０］晏成．盾构隧道下穿既有铁路框架桥工程安全性分析［Ｊ］．铁道标 准设计，２０１１（７）：８４—８７． 掘进过程中做好监控量测，加强施工控制，根据量测信 息及时调整掘进参数，根据地面沉降情况进行补充注 浆，可以确保隧道施工过程中，铁路的正常运营和区间 ●◆◆●◆◆◆◆◆◆◆●◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆ ［１１］赵承志，苏华友．深圳地铁５号线区间隧道盾构穿越铁路施工技 术［Ｊ］．中国市政工程，２０１１（１）：４３—４５． ◆◆◆◆◆◆◆ ●●●◆◆ （上接第８０页） 境保护，１９９５（６）：３０—３６． 果并已应用于实际工程，但在高地温隧道热害领域的 ［２］ 王贤能，黄润秋．深埋长大隧道中地下水对地温异常的影响［Ｊ］． 地质灾害与环境保护，１９９６（１２）：２３—２７． 研究还很少。本文主要通过有限元数值模拟的方法， 对不同初始地温、不同隔热条件下，需要将隧道内的温 度降至可工作温度所需的制冷功率进行试算和比较； 分别计算了不同制冷剂在各种工况下的用量；分析了 隔热层厚度与冷能补给量的关系。通过分析，可得出 如下结论。 ［３］ 谢强，陈永萍．秦岭隧道区域地温场特征分析和隧道围岩岩温预 测［Ｊ］．西南交通大学学报，２００２，３７（２）：１７７—１７９． ［４］ 舒磊，楼文虎．羊八井隧道地温分析［Ｊ］．冰川冻土，２００３，２５ （Ｓ１）：２４—２８． ［５］ 侯新伟．大瑞铁路高黎贡山隧道热害评估［Ｊ］．铁道工程学报， ２０１１（５）：６０—６５． ［６］ 陈馈高黎贡山隧道设计及施工技术初探［Ｊ］．施工技术，２００９ （２）：４８ ５２． （１）聚氨酯作为保温隔热层材料的效果较苯乙烯 好；液氮的相变点比冰的低，作为制冷剂的降温效果比 ［７］ 张智，胡元芳．深埋隧道人工制冷施工降温措施探讨［Ｊ］．世界隧 道，１９９９（６）：２２—２５． 冰好，但液氮的的制造成本比冰的高。 （２）隔热层厚度厚时其隔热效果好，但当其达到一 ［８］ 王广才，李竞生平顶山十三矿地温场数值模拟研究［Ｊ］．工程勘 察，２００２（１）：１８—２１． 定厚度时，继续增厚降温的效果不再很明显，即通过增 加保温隔热层的厚度来实现隧道内降温的效果是有 限的。 本文所述的研究方法和相关结论，特别是各种工 ［９］ 孙培德，朱萃琦．深井巷道围岩地温场的研究［Ｊ］中国矿业大学 学报，１９８９（６）：２７—３４． ［１０］何满朝，张毅．深部矿井热害治理地层储冷数值模拟研究［Ｊ］．湖 南科技大学学报：自然科学版，２００６（６）：１３—１６ 况的对应的冷能补给量和制冷剂需用量，可以作为今 １１］中华人民共和国建设部ＧＢ５０１４８－－２００７煤矿井下热害防治设 计规范［Ｓ］北京：中国计划出版社，２００７． ｆ ｌ２］林睦曾岩石热物理学及其工程应用［Ｍ］．重庆：重庆大学出版 社．１９９１． 后高地温隧道隔热设计的一种比较依据和参照标准。 参考文献： 『１］ 陈尚桥，黄润秋．深埋隧洞地温场的数值模拟ｆ Ｊ］．地质灾害与环 ８４ 铁道标准设计ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＤＥＳＩＧＮ ２０１３（０２）
