邢明全
天津市地下铁道集团有限公司 天津市300000
摘 要：实现城市空间的最大化利用,轨道交通通常应用地下隧道铺设的模式进行发展。盾构方法因具备掘进效率较高,空间占用较小,并对周围自然环境破坏较轻等优势,在现阶段的地铁工程中取得了广泛的应用。本文对于盾构隧道工程穿过铁路工程的风险分析以及评估实施了深入的研究,对于既有线路及隧道与原有线路之间的关系、盾构隧道工程穿过铁路工程的情况进行分析和研究,并分析了隧道穿过高铁线路的有关难点。
关键词：地铁工程;盾构;高速铁路线路
0 引 言
在全国各大城市之间的高速铁路线路以及地铁网络大范围推进的过程中，考虑到大型城市的土地相对稀缺的特性以及交通运输过程中客流量相对集中等特性，难免会发生这2类交通运输设施之间的相互交汇的情况。此类情况下，相关工程的施工作业过程可能会对原有的高速铁路线路的运营以及地铁线路的隧道工程的施工安全带来不利的影响，因此对与地铁工程的建设提出全新的巨大挑战。和常规的隧道穿过工程中普遍的一般建筑有所不同，穿过高铁的隧道工程推进的核心问题是确保相关的隧道施工作业正常进行的前提下，还必须确保靠近原有高铁线路车辆的正常运行。由于高速铁路上的列车的运行速度较高，通常都在250公路/小时之上，因此对与轨道下方基础的形变量的要求非常严苛。假如隧道穿过期间没有采用行之有效的把控措施和方案，这种情况下的地铁隧道施工作业将会对原有高铁线路的基础构造带来某些不良影响，甚至会给高铁的运行过程带来一定的安全隐患，大幅度地加大了工程施工过程中的风险。
1 盾构方法的施工过程
现阶段在土质比较松软的区域进行地铁线路隧道的施工过程中大多数情况下均采用盾构的方法进行操作，盾构方法指的是应用盾构施工的工程机械在地面的标高数值下的地层内部或者风化比例较高的岩石层中进行暗挖的一类地下工程结构的施工作业方法。此类方法的开发截止目前已经经历了200余年的发展历程，从最初期的应用气压原理的密封盾构的模式发展到泥水模式的盾构随后发展到新时期的土压平衡模式的盾构机械，通常对于地层结构的适应性的层面，盾构方法具有得天独厚的技术优势，因此该种施工方法在如今的地铁工程隧道、高速公路隧道、市政管道廊道等结构工程的领域中获得了非常广泛的实际应用。一般来讲，隧道工程的横截面的断面形状为圆形，也可能出现马蹄的形状、类似矩形的形状、双圆形状以及多圆形状的断面模式。盾构方法的隧道工程施工方案的优点比较突出，主要包括：对于地表的交通活动的影响较小、对上方的居民以及商用建筑的噪声影响较小以及振动影响较小、方便施工作业的管理、施工作业的进程可以规避外界气候变化的影响等等特性。现阶段，该方法已大范围投入到国内外主流的地铁工程施工作业过程之中[1]。盾构方法的施工作业过程的工序主要为：隧道的挖掘、支护过程、盾构尾部同步的注浆过程，施工作业的流程图详见图1：
.png)
图1 盾构方法施工作业流程图
（1）建造盾构工程竖井，通常用在盾构工程的始发以及结束过程，并且提供相应的场地以供盾构工程机械的装配之用。
（2）由始发井内部将盾构工程机械的主机以及各个相关的辅助配件分别进行吊装载入，并且在始发井内部进行盾构工程机械的组装工作，之后对于盾构工程机械进行适当的调试工作，确保其相关性能符合有关的设计需要。
（3）盾构工程的施工过程由竖井的墙壁处开始，沿着地铁隧道线路的设计轴线进行掘进。盾构工程机械的挖掘作业是依靠盾构机前端刀盘的旋转操作来掘削土体和岩石层，掘削相关土体的进程需要一直保持掘削表面的稳定状态。需要维持刀盘后方土舱内部的土体及岩石对与地层的反作力大于或者等于整个地层的土体压力；依靠土舱内部的输送机构进行出土操作；借助中间部位的千斤顶装置促进盾构工程机械的前进动作；再由盾构工程机械后部的举重机械臂以及形状维持装置拼接相关的管片装置用以维持隧道断面的形状；在盾构机的尾部可以拼接1到2层的预先设置的隧道内部的衬砌环构件。盾构工程每前进1环的距离之后，盾构机械就在盾构机尾部相关支护结构的帮助之下拼接1环的衬砌构件，并且第一时间向紧挨盾构机尾部的坑道周围和衬砌环构件之外的空隙中压注适当体积的水泥浆体，防止地铁隧道甚至地表出现下沉的问题，通常在盾构机前进的进程中将会持续由开挖表面排出相应体积的土方。
（4）盾构机推进到设定的终点竖井或者基坑位置时，盾构工程机械进入此竖井或者基坑内部，掘进工程随即结束。之后相关工程技术人员需要检修盾构机或者将盾构工程机械解体后运出竖井或者基坑。
2 盾构工程隧道穿过高速铁路线路可能面临的风险
2.1盾构工程的隧道施工作业可能引发的地表沉降现象
盾构的施工过程必将会对于工程周围的土体带来一定程度的扰动效应，浅埋过程也会引发地表的变形或者位移。如果地层的构造属于均质的土层，以横向的地表沉降规律满足正态分布的曲线作为理论研究的基础实施研究。横向方向的沉降Peck曲线如图2所示。
.png)
图2 地表方向的沉降横向Peck曲线图
其计算方程式为：
S=Smaxexp（-x2/2i2）
其中x表示地表距离隧道的中心线的距离数值（单位为m）；
S表示距离隧道的中心线为x米的地表沉降量数值（单位为m）；
Smax表示隧道的中心线位置的最大沉降量数值（单位为m），其数值可根据如下经验公式进行计算：
Smax=Vi/i2π
其中Vi表示施工作业过程中造成的隧道内部的单位长度内地层的损失数值，地层的损失指的是地铁隧道工程的施工过程中实际挖掘出来的土体的体积和竣工后隧道的总体的体积之间的差值，竣工后隧道的体积通常包含隧道工程周围包裹进来的压入水泥浆体的体积。I代表沉降槽体的宽度因数，可以通过如下的经验公式计算得出：
i=H+R/2πtan（45°-φ/2）
其中H代表覆盖的土层厚度数值（单位为m）；
R代表隧道工程的等效半径（单位为m）；
φ代表地层内部的摩擦角（单位为°）。
相关试验数据表明，如果隧道的埋深少于35m 的情况下，深度不同的位置，其沉降槽体的曲线相关的运动规律，对粘性的土层将使用如下经验公式来进行计算：
ip=i-0.43zp
其中i代表地表的沉降槽体宽度因数（单位为m）；
ip代表地下的土层水平表面的沉降槽体的宽度因数（单位为m）；
zp代表由地表到地下土层的水平表面的深度数值（单位为m）。
由公式可得到地下某个水平表面上某点的沉降数值为：
Sp=i/ipSmaxexp（-x2/2ip2）
2.2 盾构工程隧道穿过高速铁路施工作业的模式及技术难点
2.2.1 隧道穿过原有的高速铁路工程的分类
2.2.1.1 路基的模式
高铁的路基是其土建工程中的一类基础项目，在基础项目中具有非常关键的作用。依据过往盾构工程隧道穿过普通铁路的路基的实际经验来讲，一般采取注浆进行加强以及高压旋转喷桩的方法进行结构的加强，并及时实施铁路监控及养护等方案最大限度地降低路基的沉降影响[2]。
现阶段的盾构工程隧道穿过高铁路基的过程中高铁线路都采用无砟轨道的构造，相较有砟轨道来讲，此类轨道的形变量将直接反馈到轨道表面上。无砟轨道的路基的沉降量必须满足扣件调节能力以及线路竖曲线的圆顺程度的规定，工后的沉降数值不应大于15.5毫米。工程中多数情况下需要应用注浆或者桩板构造的路基等措施对于高铁线路实施加固操作。
2.2.1.2 高架桥模式
因为高铁线路的桥梁工程在项目造价、工程品质、工期以及环境保护等层面所具备的优势，使得现阶段修建的高铁线路多数采用以桥代路的模式。高铁线路桥梁工程基础以桩基的形式为主，桩端面通常将会埋入持力层内部，桩端位置位位于地铁工程隧道之下。地铁的车辆由于列车的行驶速度不快，对与线路的曲率改变的需求也比较低，能够依靠调节曲线来防止线路上桩基位置的不利影响的产生。为此盾构工程穿过原有的高铁桥梁通常表现为穿过桥孔的模式，即为从高铁的桥梁的两桥墩的桩基间穿过的形式，如图3所示。
.png)
图3 地铁隧道穿过高铁桥梁示意图
对于盾构工程穿过高铁桥梁的区域，多数采用隔离墙的方式进行施工现场的保护工作，有效限制隧道挖掘工程带来的土体，最大限度地降低桥桩基位置的形变量，保证高铁线路的安全运行。国内《高速铁路设计规范》内针对墩台位置基础的工后沉降量的极限情况给出了有关规定，无砟的轨道工程中相邻的墩台的容许沉降的差值量为5.5毫米。
2.2.2 隧道工程穿过高铁线路施工作业的技术难点
地铁隧道穿过原有的高铁线路的安全是整体项目管理过程中的核心环节之一，隧道施工作业以及原有高铁的安全控制工作直接关系到工程是否成功，其施工作业中的技术难点一般表现为下面几个方面。
2.2.2.1 高密度车辆动态荷载对于隧道工程施工作业过程的影响
高速列车运行过程中的动态载荷将沿桩基础向桩侧的土体以及桩端的土体扩散，从而影响盾构工程的施工；盾构穿过路基的情况下，动态载荷可直接经过地基土体扩散，进而加载到盾构工程隧道上，对于盾构工程的影响更为显著。
2.2.2.2 地基加固作业对于高速铁路运行的影响
为保证高铁列车的安全稳定运行，通常穿过之首先对于地铁隧道和高速铁路的基础间的土体位置进行加固，常规的方法进行高压旋喷桩、水泥混凝土的搅拌桩进行分部分强化操作。在相关的土体操作的进程中，可能碰到勘察工作不完善、地基设计不妥、操作失误等等情况，导致路基加固方案没能满足设计效果，造成地铁隧道穿过时地表面形变量过大，严重影响高铁列车的安全运行。
2.2.2.3 地铁隧道施工作业导致的轨道变形
地铁隧道施工过程必将造成土体的扰动，引起相应的地层损失以及隧道周边的扰动或者剪切的土体的次固结，导致高铁的轨道位置发生的过大的形变。因此需要对其实施深入的研究以保证富有针对性的的参数配置工作。
3风险定义进行全面理解时注意的问题研究
3.1 原有的高速铁路的风险评估作为研究的重点内容
高速铁路的列车运行过程对于轨道的平顺程度要求比较严格，而盾构工程的隧道在穿过原有高铁线路时将引起高铁线路出现形变，导致轨面出现沉降。因此必须针对原有的高铁风险作为研究重点内容，强化对于隧道工程施工过程的管理。
3.2 不同阶段，风险差异较大
在项目进行过程中风险点可能会伴随工程进度渐渐降低，新的风险点又可能于项目的特定阶段发生。实践证明，会有某些风险点遗留到隧道的施工作业阶段，在盾构工程隧道穿过原有的高速铁路的作业阶段是对于规划设计、风险评估以及规避的具体方案，包含施工作业方案、技术路线、工程管理，此类因素均为制约原有高铁线路的风险要素[3]。
3.3 强调针对工程中风险要素的辨识工作
针对盾构工程隧道穿过高铁线路的工程中的各类风险要素，其可能的原因非常广泛，比如施工作业人员的职业技能欠缺、盾构工程机械和地层土质不匹配、地质勘察工作不到位、列车运行密度较高产生的动态载荷对于盾构工程施工的相关影响等等，相关风险要素导致了工程潜在风险的复杂特性。因此要对风险要素辨识并对其相关变化规律熟练掌握。
4 结 语
综上所述，本文对于国内近年来盾构隧道穿过原有高铁线路工程的现状实施了概述，由高铁线路抗变形以及隧道和原有高铁线路的影响，对于相关工程实施了深入研究。同时研究总结了盾构隧道穿过原有高铁工程中的风险点的各类特征，给出了隧道工程穿过阶段风险评估和控制的若干核心问题，为盾构工程穿过原有高铁线路的风险评估技术的研究奠定了坚实的基础。
参考文献
[1]房倩,杜建明,李建业,张顶立,曹利强.大直径盾构隧道紧邻下穿既有地铁施工诱发地层沉降特征分析（英文）[J].Journal of Central South University,2021,28(03):882-897.
[2]夏志强,董少博,董克胜,凌可胜,沈威,方火浪.双线地铁隧道盾构施工对地层与建筑结构影响研究[J].现代城市轨道交通,2021(04):49-55.
[3]田管凤,李锟.基于复合地层表征参数的盾构隧道地面沉降预测分析[J].现代城市轨道交通,2021(04):65-69.