地铁盾构下穿高速铁路高架线变形和风险控制策略

地铁盾构下穿高速铁路高架线变形和风险控制策略

张晓峰

   142201199108274873    山西省忻州市    034000 

摘要：近些年，受社会发展的影响，我国的交通运输行业得到进步。当前城市高速铁路工程以及市区铁路网格逐步发展，在地铁盾构下高速铁路高架线情况逐步增多，如果进行穿越工程，高架桥结构与地层、轨道结构与铁路附属设施可能会存在变形情况。

关键词：地铁盾构，穿高速铁路，高架线，风险控制

引言

高速铁路要满足高速、高平顺性、占地少等方面的要求，线路多采用高架形式，这样，就不可避免地会出现城市轨道交通盾构施工穿越高速铁路高架桥的情况。地铁盾构穿越既有高速铁路高架桥施工过程中，桩基不可避免会产生一定的沉降，引起桥梁变形进而产生轨道不平顺。而列车的高速运行对轨道结构的稳定性提出了更高的要求，在这种背景下，以贵阳地铁三号下穿贵广高铁经验分析盾构下穿既有高速铁路高架桥产生的影响，进行风险分析及控制，并提出合理的施工优化方案及风险控制流，对保障列车的安全运营以及工程的顺利进行是十分必要的。

1盾构法施工引起土层结构变形的机理

盾构机在日常工作中会出现剪切、松动、摩擦等各种作用力，给地层中的应力分布带来不同程度的影响，甚至完全破坏原有地层的土壤状态，让土体向各方面移动，导致地表出现严重变形。针对这种情况，工作人员要提高对盾构下高速铁路高架线监测的重视程度，从接触网杆、轨道几何形体、桥梁结构、轨道结构等方面进行监测，保证高速铁路质量达到预期标准。

2盾构下穿高速铁路高架线的风险控制

2.1盾构穿越高速铁路高架线工程主要风险与影响因素

分析盾构施工穿高架桥的特点以及铁路的运营要求发现，当前盾构穿越高速铁路高架桥主要有以下几种风险：1.由于铁路的沉降变形较大，可能会超出设计要求，严重影响着铁路运营安全。2.铁路桥梁结构安全，但是轨道结构出现变形，已经明显超出运营的相关要求，存在极大的安全隐患。3.地面有较大的沉降，严重影响着周围环境。4.由于地铁在运行过程中对于高架线有着一定的影响，例如新建的隧道在建成运营之后可能会产生长期的影响。根据盾构施工穿高速铁路高架桥结构分析，穿越工程存在以下几种风险：1.既有结构条件，主要包括轨道结构以及桥梁结构、建筑结构等等，根据自身的条件，对于穿越工程产生不同的影响。2.在施工过程中可能会出现桩基沉降，从而产生桥梁变形，导致轨道不平衡，由于列车在高速运行中严格要求轨道的平稳性。基于此类背景下深入探索盾构隧道下高速铁路高架桥产生的影响，并且有效的进行风险控制，提出科学合理的施工方案，才能够确保列车安全运营。

2.2基于数值模拟的变形分析

将贵广铁路布置和区域隧道布置方案相互结合，可制定以桩保护方案和混凝土板方案为基础的三维有限元计算模型。以铁路边线和区间隧道中心线连接点为起始点，构建三维整体有限元网格，其中主要包括铁路路基、混凝土隔板、混凝土桩、区间隧道等环节，通过对这些环节进行分析发现，整个三维空间共有8个节点，1500多个单元。计算坐标则以原有铁路为基础，将原有铁路用X轴表示，将垂直铁路线方向用Y轴表示，让Z轴和地面坐标相互重叠，并确保整个指标向上。通过从X、Z、Y三个坐标轴进行计算，范围为119.8m、55.58m、61.00m，材料计算参数。根据上述计算结果来看，经过开挖导致的高架线变形值在0.80～2.64mm间。由于在挖掘隧道正上方时，工作人员利用了专业的保护措施，将高架线变形值控制在1mm范围内，板外侧部分沉降上升到2.64mm；在采用有效保护方案的情况下，可控制隧道开挖洞口的变形，顶部出现一定向下变形趋势，变形数值为6.16mm，而隧道底部则产生上抬效果，位移水平距离在9.70mm。

2.3施工控制

施工过程是风险的源头，为了控制施工对周围环境的影响，限制既有结构物的变形，在施工环节上加以必要的控制是减小影响的最有效最根本的措施。施工过程中可以采取的措施包括主动控制和被动控制。主动控制主要是指施工手段优化和施工参数调整，被动控制主要是隔离风险传播途径和保护受影响的对象。本节重点探讨盾构下穿桥梁施工可以采取的控制措施。

2.3.1主动控制

盾构近距从桥梁桩基处穿过，出于对结构保护的考虑，宜选择掌子面稳定机构性能优越、盾尾间隙能够尽快充填的盾构机型，即应选择土压平衡盾构、泥水平衡盾构、复合盾构等先进的机型。不同的盾构形式对掌子面的处理方式不同，因此对土层的扰动会有差异，从而对高架桥梁的影响会不同。另外同种盾构施工过程中，对既有线的影响程度取决于盾构参数的选取，盾构隧道穿越既有高速铁路高架线，为了降低施工活动对既有结构的影响程度，下穿段内采用加强多孔配筋管片，满足二次补浆及跟踪注浆的施工条件。也要做好盾构参数的控制。主要的盾构参数包括：掘进速度、盾构推力、土压力、出“土量、同步注浆和二次补架等，这些因素是控制既有线变形的关键。

2.3.2被动控制

对于盾构下穿高速铁路高架线工程，桥梁结构是施工影响的主要对象和变形的主要承受着，为了控制桥梁结构的变形，从而保护铁路线路轨道结构，盾构施工本身的控制是一方面，还可以从保护桥梁的角度加以控制，称为被动控制。桥梁结构的保护又可以从影响传播途径、传播介质以及结构本身三方面入手。

2.4监测防护措施

高速铁路不仅要满足占地面积少、高速、高平顺性等众多要求，也应当采用高架限行线路。对于施工过程中较大的影响因素，必须要结合轨道进行专项防治，对轨道进行防护的重要原则是确保范围内结构稳定，应用钢扣件调整能力，有效调整轨道，进一步保障地铁安全运营。例如：在施工之前必须要结合工程的具体情况做好风险识别以及施工准备工作，在施工过程中科学合理的予以控制，有效进行风险监控。在施工之后加强善后工作，能够对潜藏的风险进行跟踪和排查，切实做好工程风险控制，能够确保高速铁路的安全运营，进一步保障人民群众的生命财产安全。

2.5轨道防护

影响较大的工程需要进行轨道专项防护措施，轨道防护措施的基本原则是保证影响区范围内的轨道结构稳定，同时应充分利用钢轨扣件的调整能力对轨道进行调整，确保地铁的安全运营。在盾构下穿施工前，应对影响区范围内的轨道结构进行全面检查，主要包括线路状况、轨道几何形位、超高等因素。当新建工程施工对既有结构影响较大时，应在施工前对轨道结构进行加画，常用的几种加固措施主要有轨距拉杆、防脱护轨、扣轨、轨撑等。

结语

在盾构下施工过程中必须要全方位的检查，区域范围内的轨道结构，及时采用有效的监测以及防护措施，加强风险监控与管理，能够对可能发生的事故进行准确的预报，促使各方及时作出应对，有效避免事故产生，进一步保障高速铁路施工运营安全。

参考文献

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