张广严
中铁一局集团城市轨道交通工程有限公司 江苏省无锡市
邮编：214000
摘要：盾构隧道下穿铁路会使地层受到损失，发生地表沉降，导致桥梁变形，影响桥梁的正常使用。本文基于盾构隧道铁路的施工情况，深入研究分析盾构施工对桥梁的影响，并给出相应的施工对策，降低隧道开挖对既有设施的损坏，保障铁路隧道的安全施工。
关键词：盾构隧道；下穿铁路；桥梁变形控制
引言：在修建城市轨道交通时，一般都需要穿过房屋、街道、桥梁等基础设施，由于施工环境比较复杂，施工中的许多细节都可能会对建筑物造成损坏。施工过程中的地层损失会导致隧道的围岩发生变形，还可能会破坏建筑物的结构，影响建筑物的正常使用。因此施工人员要结合现场实际情况，制定出有效的施工方法，尽可能的避免对周边建筑物造成损害，把施工风险降到最低，确保工期的正常进行。
一、盾构隧道施工导致桥变形的因素分析
（一）施工区域的地质水文环境
盾构隧道施工区域的地质情况会影响到由施工引起的地形变化，如黄土有较大的湿陷性，施工区域容易发生较严重的变形。施工区域的水文情况也会影响到地形变化，这是由于水位上下的土体存在着较大的性质差异，而不同土体的差异则会影响到施工时的地层沉降规律。此外，由于不同土层的含水量、密度、孔隙率等物理性质存在着一定差异，地层在施工时产生的变形也会存在一些差异。
（二）隧道的物理参数
隧道的埋深、断面大小和形状都会对地表的沉降程度造成影响。在设计隧道的埋深时，设计人员需要基于施工区域的地质环境，考虑到施工的安全性，在保障隧道功能性的前提下，进行方案的设计。此外，在设计埋深时，还要考虑到施工的经济性价比与施工难度，尽量选择地质条件相近、强度适中的地层作为隧道的施工点。隧道埋深与地表最大沉降值之间存在着非线性关系，以城市地铁隧道为例，在不考虑其他可能会影响地表沉降值的因素的前提下，隧道埋深越大，地表最大沉降值越小，因此，为了保护地面的建筑物，降低地面沉降值，在设计隧道埋深时可以在保障施工安全性、合理性的基础上尽量增大埋深。隧道断面大小与地表最大沉降值之间存在着一定的联系，在不考虑其他可能会影响地表沉降值的因素的前提下，主要表现为断面的面积越大，地表最大沉降值越大。分析其原因可以发现，隧道断面面积越大，施工越复杂，施工时间越长，土层受到的干扰越多，地表的沉降越大。隧道断面的形状也会影响施工区域的地表沉降值，这是由于断面越宽，土层的稳定性越差，越容易发生地表沉降。此外，在研究过程中还发现，土体的密度越低，对断面宽度的变化越为敏感。
（三）隧道的施工设计方案
隧道的施工工艺也会对地表的沉降程度造成一定的影响。盾构机是盾构隧道的主要施工设备，施工单位应该选择合适的盾构机，确保盾构施工能够持续完成，降低施工过程中出现故障问题的概率，保障隧道施工区域的稳定性。盾构进出洞是盾构隧道施工中非常关键的部分，这一环节的施工质量会直接影响到盾构隧道施工的安全性，为了保障盾构出入洞的安全，施工人员应该确保盾构机结构的强度大于穿越土体的压力。在盾构掘进的过程中，应该严格管理盾构的姿态，这是由于盾构的姿态会影响到盾构隧道的结构稳定性，控制盾构姿态还会避免超挖现象出现，降低施工过程中出现误差的概率。施工人员需要对盾构前进的速度进行控制，过快的速度会对施工区域的土体造成较大的干扰，可能会增大地表沉降值；过慢的速度会影响施工进度，造成资源的浪费，影响施工单位的经济效益。因此，施工单位应该将盾构前进速度控制在合适的范围内，降低盾构隧道对地面建筑物的影响。
在管片拼装的环节，也存在一些可能会造成地表沉降的因素，如在拼装管片时碰撞导致管片破损，在后续的施工中可能会导致隧道渗水、地表沉降等现象；如果在安装管片时，安装不合理，没有将管片安装在设计时选定的位置，就可能会出现管片接触面挤压的现象，不仅会影响后续施工的安全性，还会导致地面沉降；在连接管片时需要使用螺栓进行固定，如果没有严格按照施工标准安装螺栓就可能会导致管片开裂，使地下水可能会渗入隧道，影响隧道的整体安全和地表沉降值。
二、 盾构隧道施工导致桥梁变形的模式分析
（一）桥梁沉降
桥梁沉降分为均匀沉降和不均匀沉降两种，是桥梁水平方向上的变形。从桥梁受损的情况来对沉降进行分析，桥梁受到的损害包含直接受损和间接受损两部分。在研究过程中发现，隧道拱顶上方的地表沉降值最大，而距离隧道拱顶的位置越远，地表沉降值越低，一般来说，处于沉降槽内的所有建筑物都会出现不均匀沉降的情况，但对实际案例进行分析时发现，沉降槽两侧反弯点的建筑物会发生近似均匀沉降的情况。
（二）桥梁倾斜
不均匀沉降是盾构隧道施工对地层造成多重影响的综合结果，在实际施工中较为常见。相对于均匀沉降来说，不均匀沉降的危害更大，在桥梁发生不均匀沉降且沉降差值较大时极易发生倾斜的情况。
（三）桥梁开裂
在隧道开挖时，隧道上方的土层由于多种原因发生沉降，桥梁的支撑地基受损，基底发生反力畸变，地基无法抵抗的力还会传导至桥梁上部发生应力重分布，桥梁抗变形能力较为脆弱的部分在受到无法抵抗的外力时就会发生损坏。桥梁由于盾构施工而发生损坏的常见形式就是开裂，而桥梁开裂的程度也可以作为桥梁抗变形能力的体现，一般来说，桥梁的体型越大，结构刚度越小，越容易发生结构开裂。
三、 盾构隧道下穿铁路施工对策
（一）盾构施工准备阶段
在正式施工前，施工单位应对地质进行调查，选择合适且性能良好的盾构机。可以设置试验段，在该施工段进行试验施工，检测施工方案的可行性，发现施工方案中存在的问题并及时改进，确定并优化该施工区域的最佳施工参数。对桥梁桩基周围的土体进行注浆加固，注浆压力为0.3-0.8MPa。
（二）盾构施工阶段
在施工阶段，应严格控制盾构正面土压力，加大地表监测频率并基于监测数据实时调整盾构土仓压力，避免出现超挖现象。对出土量进行控制，允许盾构前方出现小的隆起来抵消后方的土体沉降。对土仓压力和出土量进行监测记录，探寻两者之间的联系，并将分析出的规律作为盾构隧道施工的指导依据。可以通过渣土改良，降低渣土对盾构机的影响。对注浆的参数进行优化调整，确保压浆、注浆能够稳定连续，如果发现洞口漏浆，则应该立即停止注浆。在盾构推进过程中，推进速度应根据不同地质参数情况进行及时调整，同时严格控制出土和注浆的速度，确保施工能够稳定进行。对盾构姿态进行控制也非常重要，应该将千斤顶的形成差控制在50mm内，根据千斤顶的行程和盾位的空隙确定管片的位置。在推进的过程中，平面纠偏的误差定为30mm，垂直纠偏的误差定为50mm，从而确保盾构机能够处于稳定状态。在施工的过程中要加强监测巡视工作，通过监测反馈及时调整施工参数，保障桥梁安全。
（三）现场监控量测
铁路路基监测的原则是不妨碍正常交通，可以在桩基两侧各布置两个监测点，监测点的距离应该在在5m左右，在变形缝两侧各布置一个监测点。地表沉降监测点应该顺着隧道中心线进行对称布置，监测点之间的距离为8m，设置四个监测断面，断面之间的距离为12m。
总结：盾构施工是一项复杂的项目，施工不慎可能会使桥梁变形，影响桥梁的正常使用。在正式施工前，施工队应该对隧道穿越建筑物进行影响分析，基于相关施工标准制定合理的施工方案，加强监控量测并及时调整施工参数，从而确保桥梁及其它建筑物的变形在可控范围内，推动我国轨道交通网络的长远发展。
参考文献：
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