李贵陈
(中铁十八局集团轨道交通工程有限公司，广西 南宁 530000)
摘 要：随着城市交通需求的增长，更多的城市开始开发利用地下空间，建设地铁隧道工程。地铁隧道在城市建筑物或者道路地下施工，不可避免地会对既有结构物产生影响，主要影响到铁路的正常运营、路基边坡的稳定性，导致铁路路基沉降、轨道结构弯曲和扭曲变形，影响线路的安全性。本文首先分析了地铁隧道施工中既有铁路路基沉降变形的规律，分析了对既有铁路路基沉降变形的影响因素，为地铁施工提供参考。
关键词：地铁隧道； 施工； 既有铁路； 路基； 稳定性
近些年，随着经济的发展，人们对于出行的要求不断提高，在经济发达、人口密集、人流量大的地方，轨道交通由地上转入地下，多数情况下，轨道交通地上部分会有密集的管线、道路以及建筑物，为此，必须要充分考虑上面的情况，才能有序开展轨道交通建设。由于铁路线路承受自重、设施静荷载及列车动荷载的影响，一旦地铁施工超出铁路线路受影响的允许范围，就会危害铁路线路的结构安全与稳定性。
地铁隧道施工对既有铁路线路产生影响主要有：影响铁路的正常运营，影响铁路路基边坡的稳定性，造成铁路路基的变形沉降。
与一般施工不同，接近穿越铁路的隧道施工，由于在施工中会改变既有铁路路基的应力场，导致施工上不路段出现地表变形，既有铁路的轨道出现位移，就会引起铁路线路的变形，通常情况下，会引起铁路的钢轨、扣件等发生变形，铁路运行对于轨道的要求十分高，一旦既有铁路轨道发生变形，就会出现轨道的几何形位改变，路基和轨道的改变会影响既有线路的运营状况，甚至带来安全隐患。另外，在地铁隧道施工中，上部铁路正常运营，列车通过也可能对隧道产生影响。因此，在施工的过程中，需要充分考虑施工对既有铁路线路的影响，在危害发生之前，采取合理的加固措施。
国内外施工研究表明，地铁隧道施工不可避免的会影响周围地表及地下结构，一旦进行施工，就会改变土层的状态，导致土体发生改变，影响地基的稳定性，进而导致既有铁路路基的稳定性收到影响。以盾构法为例，主要是盾构掘进时所引起的地层损失受到扰动或剪切破坏，表现为：初期沉降、开挖面沉降或隆起、尾部沉降、尾部空隙沉降和长期延续沉降等五个阶段，见表1。
通过实践研究表明，地铁隧道施工对既有铁路稳定性的影响，主要存在以下3个方面的原因：(1)在进行开挖过程中，开挖面释放应力，引起地面结构的弹性变形，导致地层出现变化；(2)施工过程中，地下水位下降，有效覆土层压力增加，土体发生固结沉降，增大了垂直土压力；(3)在施工过程中，由于盾构推进会影响土壤结构，导致出现蠕变沉降和弹塑性下沉，会改变既有铁路路基桩基受力分布情况。
这些外力变化，导致路基产生下沉或者倾斜，由于影响因素复杂，考虑到施工引起的沉降和桩基变形均与地层关系密切，只有分析地铁隧道施工对铁路路基稳定性影响的因素，掌握土体和路基的变形规律，才能及时采取措施，减少隧道施工对铁路的影响。
表1 盾构施工引起沉降的原因与机理
沉降类型原因变形机理应力扰动初期沉降土体受到了挤压孔隙减少有效应力增加,孔隙水压减小盾构工作面前方变形工作面处施压土体压缩产生形变总应力增加,孔隙水压力增加盾构通过时沉降盾构与土体间剪切错动弹塑性变形应力释放盾尾空隙沉降土体失去支持,管片背后注浆不及时弹塑性变形应力释放固结沉降土体后续变形蠕变压缩应力松弛
2.1 确定运营路基最危险阶段
在地铁隧道施工过程中，为保障工程的施工质量，首先需要处理软土地基，在既有线路基的一侧形成人工边坡，在列车荷载作用下，应力场发生较大改变。
(1)侧向位移。通过路基之间位置剖面侧向位移分布可知：在地铁隧道的施工中，卸载了上部土体，两线之间挤压变形更加明显，在管桩施工完成后，需要加固新地基，此时变形回弹，挤压变形开始变弱，路基填土加载之后，会出现变形逆转。
(2)路基沉降。计算得到路基不同位置沉降变化规律。如施工开挖初期，地表土体出现上拱现象，与之对应既有线路基基底则发生了沉降变形，之后，荷载引起的附加应力使得路基逐渐发生沉降，同时新建地基压缩变形速度快于既有线路基变形，从而引起既有线路基沉降出现一定程度的回缩。
(3)水平应力。在施工阶段，两线之间深层地基土侧向应力分布及变化与位移变化有相似的规律，开挖初期产生挤压应力。之后，管桩对地基起到了加固效果，挤压应力明显减少，随着填土荷载增加，应力方向发生逆转，应力出现一定程度的回弹。
2.2 施工期间列车运行控制
基于试验与理论分析获知隧道开挖属于既有铁路运营最危险阶段，建立计算模型分析开挖影响下列车通过速度路基安全情况，以此为运营线运输管理提供建议。
3.1 施工组织措施
首先要确定合理的施工方法，在施工之前需进行施工环境勘测，分析施工地的地质条件。其次，及时与铁路部门联系，根据施工方法，减小既有铁路运输速度，做好施工前的准备工作，确保施工对既有铁路地基稳定性的影响降到最低。第三，做好勘探工作，了解施工现场地质及设施情况，在穿越工程中，详细的勘探施工地段地下范围，摸清地下障碍，避免出现施工事故，排除穿越过程中的意外，确保隧道的安全施工。第四，考虑到在地铁隧道开挖的过程中，上面仍有列车通过，会对铁路路基产生影响，因此，采用加强型管片，减小影响。第五，定期检测和维护隧道施工设备，在施工前，做好设备的检修工作，确保隧道可以进行连续的施工，同时做好设备的维护工作，确保设备的正常使用。第六，做好施工全程监控，由于地铁隧道施工受到多方面因素的影响，一旦某一方面出现问题，如未及时发现，就会对铁路线路的正常运营与安全带来影响。实行信息化施工，施工过程中做好系统、全面的跟踪测量，根据检测结果及时调整施工参数，合理选择施工参数，保持开挖掌子面稳定，减少地层损失。
3.2 加固与安全措施
地铁隧道施工会对既有铁路产生多方面的影响，如不采取加固措施，就会导致路基或轨道变形，通常情况下，从路基主动加固和线路加固两方面进行，线路加固主要是架设施工桥梁，路基加固主要是桩板联合加固。
3.3 同步充填注浆和洞内二次注浆
做好同步压浆，充分填充隧道空隙，加大压浆量，确保地层间的建筑孔隙都被填充满；做好盾尾的密封工作。洞内二次压浆，减少地表的沉降现象，通常在盾构完成拼装约10环处，进行二次注浆，主要是为了弥补之前注浆量不足。注浆压力、浆液比例及注浆时间根据具体的施工情况和施工周围的地质条件而定。
3.4 掘进参数的调整与优化
一般情况下，通过调整、优化掘进参数实现开挖面稳定性的控制，这里所说的掘进参数有：推进速度、刀盘和土舱压力、盾构坡度、注浆的压力方式、注浆时间等等，只有熟练掌握盾构机的操作，才能够更好地优化施工参数。按照地面出现的变形曲线，做好实测反馈工作，对于施工方法的合理性进行验证，根据验证结构调整与优化施工参数。为了实现土舱内压力与地层压力的平衡，可以改变两个指标，一个是推进速度，另一个是排土量，确保在施工过程中，盾构开挖掌子面的稳定性。
做好地铁隧道施工时对既有铁路路基稳定性的影响分析，需要保持开挖掌子面的稳定，还要减少底层的损失，通过优化施工参数，减少施工对路基稳定性的影响，确保既有铁路的安全运行和隧道施工的正常进行。
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[4] 李红哲. 软弱围岩条件下浅埋隧道施工关键技术探讨[J]. 资源信息与工程，2016(6)：162-163.
作者简介：李贵陈(1985-)，男，四川米易人，本科，工程师，主要从事工程施工的工作。
中图分类号：U213
文献标识码：A
文章编号：2096-2339(2017)04-0177-02
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