桥梁施工对既有铁路隧道的影响研究

张天忠

（中交二公局铁路建设有限公司，陕西西安 710000）

0 引言

在我国公路交通工程建设过程中，不可避免地会出现公路、铁路、道桥、隧道等之间相互交织的情况，这也是我国交通“由点及面”发展的必然形式。这一方面是为了保证我国公路、桥梁、隧道等多种类型的交通建筑可以发挥自身的独有作用；另一方面是为了保证公众日常生活对各类交通出行方式的需求，如果出现交通工程建设项目相互交织的情况，相关人员需要对交织主体进行全面考量，进而提出社会效益最大化的方案，进而更好地发挥出交通工程项目的优势。同时，要保证新项目建设过程不会对原有建筑造成负面影响，进而促进交通行业的可持续化发展。接下来，通过相关实例研究新建桥梁对既有铁路桥隧的影响。

1 桥梁施工对既有铁路隧道造成的潜在风险

桥梁建设是一项复杂性强、专业性高、周期长的工程。在施工过程中，除了受可控和不可控因素的影响，还会受周围地理、水文、其他建筑等因素的影响，这些都会在不同程度上影响桥梁施工的进程和最终的使用效果。特别是在交通高度发达的今天，新建桥梁的结构特点、工艺技术、规模等，都会对既有铁路隧道的空间位置造成不同程度的影响，主要体现在两个方面。一方面，在新建桥梁施工过程中，由于桥梁施工的性质较为特殊，加之施工规模一般较大，难免会对既有铁路隧道的安全方面产生一定程度的影响。尤其是一些空间位置较为特殊的既有铁路隧道，因为部分隧道建设在山体内，如果桥梁施工操作不当，可能导致隧道塌方或者高空坠物，虽然很少会出现“毁灭性”后果，但仍会对既有铁路隧道造成一定程度的破坏。另一方面，新建桥梁地基建设会直接增加原有公路的承载力。此外，在建设施工过程中也会出现振动、荷载等问题，这类情况会造成原有土层的变化，且这种变化是较为隐形的，比如改变原有土地的应力结构，长此以往会导致周围土层出现“连锁反应”。更严重的情况下，会导致既有铁路隧道出现塌陷、沉降、不均匀下沉等情况。此外，还容易改变既有铁路隧道的原有路基路面，造成裂缝等情况，这会对既有铁路隧道的安全性产生“致命”的威胁——不仅会破坏既有铁路隧的道结构，而且会对既有铁路隧道的后期运营造安全成隐患，且所造成的安全问题具有不可逆性。

2 桥梁施工对既有铁路隧道造成影响的评估方法

在新桥梁施工的过程中，需要全面、科学、准确地考量既有铁路隧道的状况，采用科学、专业性强的评估方法，这样不仅可以有效地评估桥梁施工对既有铁路隧道所带来的安全隐患，还可以检测出施工环境中所存在的风险隐患，并对各类风险因素进行及时、有效的干预，或者采取科学的手段进行完善与弥补，进而确保桥梁施工的安全性与稳定性，这不仅可以保证公众日常出行的安全稳定，还可以最大程度地保证既有铁路隧道结构的完整性。

3 桥梁施工对既有铁路隧道安全影响分析

3.1 工程概况

以云南某地的桥梁工程建设为例，该地的公路网线较为复杂，A 桥为双向位八车道，左右分离，左右幅第三号桥墩采取扩大基础，距离既有铁路隧道的水平距离为11.6m 左右，垂直距离为23.95m；A 桥左幅第四号桩基距离既有铁路隧道的水平距离为13.2m，垂直距离为24.6m；A 桥右幅的第五号桥墩采用桩基，其距离既有铁路隧道的水平距离为14.3m，垂直距离为10.6m。

3.2 工程类比

在安全分析阶段，需要采用专业的工程类比方式，加强对既有铁路隧道的安全管理和运行等方面规定的分析。比如，在既有铁路隧道运行阶段，严禁隧道界限内任何空间作业。因此，在桥梁施工过程中，需要在既有铁路隧道搭建专有的高压绝缘垫板，以及专业的基础放电设备设施，以进一步保证既有铁路隧道的安全运行。除此之外，要加强高压接触网上方界限的安全保护措施[1]。在安全评估阶段，还要根据桥梁工程的实际结构，以及桥梁建设可能对既有铁路隧道工程防护所造成的影响进行分析，并强化防护手段。通常情况下，在桥梁施工过程中，需要在既有铁路隧道上方设置钢制防护棚，以及专业的放电板，以提高安全防护效果，同时提高既有铁路隧道的安全程度（见图1）。在桥梁施工过程中，还要结合实际情况采取针对性的安全防护措施，丰富防护形式，提高防护性能，坚实安全第一的防护原则[2]。

图1 隧道洞内桥梁施工

3.3 数值模拟计算

桥梁建筑具有一定的特殊性，其特殊性也决定了工程建设的专业性与复杂性。在上述云南新建桥实际案例中，隧道位移量大于0.5mm，但从受力角度分析，隧道结构最大受力只有0.05MPa，最大压应力为0.55MPa。借鉴以往的桥梁施工方法，可以将对既有铁路隧道的影响降到最低，然而由于不同的桥梁建设施工受制于地理、其他建筑的影响，可能造成分析结果与实际情况之间存在较大的差异性。因此，在施工分析过程中，可以采用数值模拟计算的方式，分析桥梁施工对地层条件所造成的影响，加强对施工场地空间条件的了解，并根据模拟计算结果就桥梁建设对既有铁路隧道的影响进行全面分析，以加强干预。

3.4 隧道围岩分析

桥梁桩基施工可能对既有铁路隧道周围的岩石与土层造成一定的压力，在作用力、轴力的作用下，会导致原有建筑结构水平或竖向位移，这会严重影响隧道的原有结构[3]。因此，在测量距离的设计方面，通常要在洞口处间隔5～10m 设置一个测量段，在其余地方间隔5～100m 设置一个测量段，并结合实际情况进行合理布置，避免因隧道结构变形所带来的安全隐患[4]。除此之外，还要重视“竖向”位移所导致的隧道沉降问题。结合上述两项基本内容，计算隧道围岩最大受应力的范围值，而隧道围岩的最大应力值即为新建桥梁施工的应力值（见图2）。然后，可以根据最终的计算结果，采用有效的加固措施对隧道围岩进行加固处理，以保证在新桥建设施工的过程中，隧道围岩具备更高的稳定性。因此，隧道围岩分析是保证既有铁路隧道安全的必要环节[5]。

图2 隧道及周围岩石施工

3.5 隧道结构和桩基结构位移分析

在隧道结构分析过程中，需要考虑隧道最大的水平位移程度，然后对隧道内部的结构进行综合分析，进而获取隧道沉降的最大值。一般来说，隧道两侧的最大沉降值几乎是相同的，在不考虑其他因素的情况下，隧道沉降现象一般出现在隧道的拱顶位置，或者隧道拱顶处偏下的位置。因此，需要加强对隧道结构的分析工作，测试隧道的衬砌结构，计算出最大应力值，并根据计算结果采取针对性的加固措施，进而提高隧道的安全。

就桥梁建设对既有隧道机构的影响进行分析时，有时会忽视对桩基结构位移的分析，会影响分析的准确性。一般情况下，在桩基内力的作用之下，新建桥梁高架桩基会对既有铁路隧道造成不同程度的水平方向或竖向方向的影响，导致其内部、外部结构变形。所以，在桥梁施工建设中，需要对高架桩基的数值进行精确计算，有效掌握桩基可能导致既有铁路隧道横向、竖向变形的影响值，同时要重视桩顶的竖向压缩值，将变形数值控制在合理范围内，保证数值的极限值处于合理范围，进而避免新建桥梁的桩基对既有铁路隧道造成不良影响。

4 桥梁施工振动的影响分析

桥梁施工过程会受到各种因素的影响，这些因素对既有铁路隧道的影响最为突出[6]。具体表现为桥梁桩基施工过程中所产生的振动会直接影响施工地的土层，间接影响既有铁路隧道的运行和使用。既有铁路隧道在安全范围内的振动速度与施工的振动频率之间存在某种关联。在实际施工操作中，要加强对桥梁桩基施工的考虑，判断振动对既有铁路隧道造成的直接影响。如果将既有铁路隧道允许的振动频率速度点设定为“V”，则V 的最大值应该是10m/s。对于嵌岩桩，一般情况下采用冲击钻或者旋挖掘机进行作业。施工过程中，旋挖掘机所产生的振动频率相对较小，相比之下，冲击钻所产生的振动频率较大。在嵌岩桩施工过程中，要想在不影响既有铁路隧道正常运行和使用的同时，利用旋挖掘机进行操作，就要在实际操作过程中控制其振动频率，频率范围则≤10m/s。如此，不仅能保证隧道的正常使用，还能消除安全隐患，满足实际工程要求。

由于在实际操作中冲击钻所产生的振动，通常会随着冲击所产生的能量及距离的变化而改变，震源会由一个中心朝四周扩散，振动过程所形成的振动波即为“地震波”。随着地震波的传播速度和距离的增大，地震波所产生的能量会被逐渐消耗掉，如果实际施工中距离充足，也可采取冲击钻作业方式。

总之，在实际施工操作过程中，需要结合桥梁桩基的施工环境，计算出振动频率范围，然后根据实际的频率范围分析桥梁桩基施工方案是否符合既有铁路隧道工程标准，如果存在问题，需要采用针对性的解决措施进行及时干预，以保证桥梁工程的施工整体质量和施工工期。此外，在施工操作过程中，不仅要保证桥梁施工不会对既有铁路隧道带来安全威胁，还要确保桥梁施工过程的安全性，结合施工特点，科学制订紧急预案等。

5 结语

综上所述，对既有铁路隧道产生的影响较多，若不能有效分析影响因素，采取有效措施加以控制，不仅可能影响二者之间的稳定性、结构性以及完整性，还可能给两者带来不同程度的安全隐患。因此，开展桥梁建设前，相关人员要就新建桥梁可能对既有铁路隧道产生的影响进行实地调查与科学分析，并采取有效措施，降低因振动、沉降、受力等因素为既有铁路隧道带来的负面影响，保证既有铁路隧道安全运行、结构完整，同时提高桥梁建筑的整体质量。