桥梁施工对既有铁路隧道的影响分析

冷举良

（中交城市轨道交通设计研究院有限公司，湖北武汉430000）

1 工程概况

该工程位于武汉市，为轨道交通5 号线，南起南三环，北至武汉火车站，线路主要沿烽胜路等路段至终点站武汉火车站。线路全长32.3km，设站26 座，共6座高架，20 座地下车站。

2 桥梁施工对既有铁路隧道的影响

2.1 计算模型

此次评估采用MIDAS GTS NX 软件，地铁盾构隧道管片混凝土等级为C50，管片环宽1.5m，内直径5.5m，外直径6.2m，厚度为0.35m，采用板单元模拟，构模型为弹性模型，长江隧道盾构管片混凝土等级为C50，内直径10m，外直径11m，厚度为0.5m，采用板单元模拟，本构模型为弹性模型，整体三维模型如图1、2所示。

图1 整体有限元模型

2.2 计算参数

长江隧道与5 号线隧道的盾构管片C50 混凝土以及长江隧道上部的加固区土体采用弹性模型模拟，混凝土材料参数根据《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）选取，土层材料参数根据《武汉市轨道交通5 号线新生路站-三角路站区间岩土工程勘察报告》（简称《报告》）选取，详见表1。

图2 盾构机停留长江隧道上方有限元模型

表1 弹性模型材料参数

2.3 计算工况

地铁开挖工况具体的模拟过程如表2所示。

表2 地铁开挖工况计算步序

2.4 计算结果

通过地层整体变形云图可以看出，土层整体变形的最大位置出现在地铁隧道上部土体加固区域的两侧。右线盾构隧道开挖并施做管片完毕后，土体最大沉降为16.32mm；左线盾构隧道开挖并施做管片完毕后，土体最大沉降为22.39mm。由以上计算结果可知，地铁隧道施工引起的地层沉降小于道路路基变形的控制值，满足道路路基变形要求[1]。由长江隧道变形云图可以看出，地层加固完成后，长江隧道出现沉降，最大沉降为4.50mm；右线盾构隧道开挖并施做管片完毕后，长江隧道由于上方卸载呈现上浮，最大上浮为1.01mm；左线盾构隧道开挖并施做管片完毕后，长江隧道最大上浮为4.88mm，见图3。

图3 地层整体竖向位移云图

3 安全保护方案及应急预案

3.1 施工期安全保护措施的建议

3.1.1 在上跨段进行土体加固

区间上跨武汉长江隧道段，采取地面单管高压旋喷桩加固，加固平面范围为盾构隧道外缘3m 内，加固深度至长江隧道顶，不小于1m。

3.1.2 盾构管片增设注浆孔，确保盾构背后间隙填充密实。

3.1.3 办理相关手续，对现场水文地质情况及管线进行调查。

3.1.4 上穿前，将一定长度隧道作为试验段，为后期盾构上穿隧道提供合理的掘进参数。

3.1.5 在穿越前对盾构主机及配套设施进行全面检查及维护，避免在长江隧道上方停顿[2]。

3.1.6 上穿前，核实现场管线，并根据制定的方案进行管线保护。

3.1.7 根据试验段的掘进情况，选取合适的掘进参数。

《报告》中的安全保护措施总体可行，但是对于盾构掘进过程中可能出现的问题和施工管理措施来说，内容不够全面。此次评估从施工控制措施和施工管理两方面，建议补充下列安全保护措施。

3.1.8 工程控制措施

（1）建议增加超前探测系统，在盾构机保持持续掘进的状态下，对掘进前方进行实时地质超前预报，同时搜集地层数据，及时进行评估和处理。

（2）应做好盾构注浆作业。控制好同步注浆浆液的凝胶时间，及时跟进二次注浆；做好盾构区间的背后填充浆液选择，建议选择惰性浆液，在施工设计中对浆液配比进行现场实验，确保填充密实；增加同步注浆管的数量。

（3）过上穿段，进行区间掘进时，应注意盾构掘进速度、姿态控制。保证盾构均衡、匀速推进及连续性施工，杜绝盾构停滞，同时控制纠偏幅度，纠偏时应尽量均匀、稳定，减少盾构对土体的扰动，减少对长江隧道的影响。

（4）在进行盾构区间上穿长江隧道施工时，应密切关注土仓压力、注浆压力等，并及时进行调整。

（5）应注意盾构掘进参数的选择。可参考类似地层，在到达上穿段前提前施做试验段，模拟上穿段掘进，并根据监测数据选择合适的盾构掘进参数，确保盾构上穿风险源的顺利实施。

3.1.9 施工管理

（1）做好施工交底，进一步细化施工组织，做好人员、材料、机械的配置，做到科学组织，精心施工。

（2）针对沉降变形超限、盾构机故障、遇见未知障碍物、漏浆或漏水等不同的施工风险，制定有针对性的应急预案。

（3）穿长江隧道作业前，必须构建出与之相对应的进度计划，且要在第一时间上报，并要得到上级部门的批准。

（4）应协调经验丰富的专业监测团队，进行全经过程跟踪，并对所获取的信息展开研判。对于不同环节的工作，应展开有效监测，从而获得对应的数据信息。

（5）展开盾构推进的过程中，若存在变形较大的问题，那么应该在第一时间停止施工，并汇报上级单位。

（6）推进作业前，务必实现对盾构的调试，保障盾构性能，还应配备一定数量的值班员，确保能够在第一时间处理设施问题，保障盾构的有序推进。

3.2 铺轨及机电安装期间安全保护措施的建议

3.2.1 为减小地铁列车振动对长江隧道的影响，建议地铁隧道采取合理的隔振、减振措施，如采用适当的弹性扣件或轨道减振器。

3.2.2 地铁区间一般采用无缝线路，即把普通钢轨焊接起来，不留轨缝。国内钢轨标准长度有12.5m和25m 两种，在焊接钢轨时，每根钢轨的长度必须大于200m。由于轨缝处受列车冲击力较大，因而建议在长江隧道上方区域不设置轨缝。此外，焊缝的焊接质量也影响着车轮通过焊缝时的附加动压力，所以建议铺轨期间严格控制焊缝的焊接质量。

3.2.3 地铁铺轨及机电安装期间，应保持对长江隧道的动态监测，防止铺轨或机电安装施工对长江隧道造成影响。

3.2.4 加强铺轨及机电安装期间的安全风险管控措施，防止动火作业、作业人员抽烟引起的火灾及电气火灾。

3.3 施工监测方案的建议

3.3.1 5 号线盾构隧道的监测项目：隧道拱顶沉降和管片衬砌变形。

3.3.2 长江隧道烟道板上布设的监测点位移，该点的监测数据对判断由于地铁隧道施工引起的长江隧道结构变形，参考性不强。

3.3.3 三级预警状态的判定指标偏宽松，建议提高判定指标。

3.3.4 应根据不同的变形控制标准进行分级动态管理，建议按照可正常施工、密切关注加强监测、采取加强支护这三种施工状态，设置各级管理的限值，制定上报制度和处理方案。

3.3.5 建议采用全自动监测系统，采取综合预警预控措施，将实时监测数据与盾构推进操作平台进行联网，将获取的数据第一时间进行传送，由此达成信息的有效沟通。施工中出现问题应立即处理，防止盾构穿越过程中发生突然变化，给隧道带来不良影响。

3.3.6 做好施工监测的联动。长江隧道的运营单位、政府部门、业主、承包商、设计单位等应组成联合工作小组，对监测数据进行及时分析和处理。

3.3.7 在进行隧道施工作业时，必须加强对地表沉降的有效监测，第一时间反馈监测结果，以便工作人员能够更好地掌握相关信息，并结合监测结果对掘进参数进行相应的调整，确保沉降处于受控状态。

3.4 运营期间安全保护措施的建议

3.4.1 根据对地铁运营工况的计算显示，长江隧道上方双向地铁列车交汇时对武汉长江隧道结构造成的影响，比单向地铁列车通过时大，因而建议合理安排地铁列车的行车组织，避免双向地铁列车在长江隧道上方区域交汇。

3.4.2 建议地铁运营期间加强对长江隧道上方地铁轨道的养护、维修，保持轨道的平顺性，降低车轮通过焊缝时的附加动压力。

3.4.3 考虑到地铁列车运行对长江隧道的长期影响，建议地铁运营期间应保持对长江隧道的动态监测。若存在异常，应第一时间处理。

3.5 评估相关建议

3.5.1 为减小地铁列车振动对长江隧道的影响，建议对地铁隧道内采取合理的隔振、减振措施。

3.5.2 建议不要在长江隧道上方区域设置轨缝，并严格控制铺轨期间焊缝的焊接质量。

3.5.3 建议合理安排地铁列车的行车组织，避免双向地铁列车在长江隧道上方区域交汇。

3.5.4 建议地铁运营期间加强对长江隧道上方地铁轨道的养护、维修，保持轨道的平顺性，降低车轮通过焊缝时附加动压力的增长[3]。

3.5.5 在进行地铁施工的过程中，应和部门加强对地铁监测的协调。若隧道结构出现变形过大或其他异常问题，则能第一时间反馈给上级部门，并根据问题的原因进行处理。

4 结语

在此次研究中，案例中的桥梁施工并没有给隧道周边的围岩应力带来非常大的影响。上文使用最不利断面的内力情况，对既有隧道衬砌截面强度等展开了相关的检算，结果发现，隧道衬砌强度的安全系数符合有关标准。