矿山法隧道下穿铁路沉降影响分区研究(10)

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图３－１４轨道脱空示意图

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路基沉降（哪）

图３－１５路基沉降和轨道沉降统计关系图

轨道沉降对铁路线路的影响主要表现在两个方面：～方面可能造成水平（指线路两股钢轨顶面的相对高差）超限；另一方面可能造成前后高差（指沿线路方向的竖向平顺性）超限。轨道前后高低不平顺对线路运营危害较大。列车通过时，冲击

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西南交通大学硕士研究生学位论文

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动力可能成倍增加，加速道床变形，更进一步扩大轨道不平顺，加剧机车车辆对轨道的破坏，形成恶性循环，而且前后高低不平顺的破坏作用同它的深度成正比。当既有线路正交施工隧道轴线时，既有线路的运营安全主要受控于轨道的前后高低不

平顺。各工况下轨道前后高低差用Ｌ＝ｌＯｍ弦量测的最大矢度值如表３－８所示。

＼间距埋深＼

１Ｄ１．５Ｄ２Ｄ３Ｄ

表３－８各工况下轨道高低偏差最大矢度值（ｍｍ）

Ｏ．１Ｄ７．１７６．２８５．４４３．５４

０．５Ｄ５．９３５．２７４．４９２．０９

１Ｄ

６．３８４．５５２．５２１．６３

２Ｄ

６．８４４．６４２．８７１．４６

３Ｄ

７．１５．１２３．１５１．８

由图３—１６可以看出，双洞施工的情况下随间距的不同，沉降槽的叠加和分离对

轨道高低偏差矢度值有较大的影响。在埋深相同的情况下，隧道间距在Ｏ．１Ｄ时，轨道高低偏差矢度值和轨道以及路基绝对沉降值均为最大，是最不利情况。随间距增大，Ｕ型沉降槽中间部分逐渐变平，最大高低偏差矢度值逐渐减小，在１Ｄ。１．５Ｄ范围内，达到最小值，其后随沉降曲线波谷范围中间部分的逐渐凸起，形成Ｗ型沉

降槽，最大高低偏差矢度值呈增大的趋势，而轨道以及路基绝对沉降值随隧道间距

增大始终表现为减小趋势。

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３４

图３－１６埋深１．５Ｄ轨道高低偏差矢度值与间距关系统计图

３．３本章小结

通过对矿山法隧道下穿铁路近接施工的数值模拟分析，可以得到以下几方面的

成果和结论：

（１）横向沉降槽半宽度系数和横向影响范围随隧道埋深增大而增大，最大沉降

值随埋深增大而减小，埋深与路基沉降最大值大致呈对数关系。

（２）纵向沉降曲线考察断面前后存在两个明显拐点，拐点范围内沉降速度较大，两拐点间范围随埋深增大而增大，变形速度随埋深增大而减小。掌子面未达到考察

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断面前的先期沉降值以及其他施工步引起的沉降值随埋深增大而减小。

（３）左隧道开挖后，地层位移向隧道侧变形，隧道上方地层下沉，下方地层出现隆起，在两边出现外鼓。右隧道开挖后，隧道两边接近处，由外鼓变为朝隧道内变形。随两隧道间距的增大，彼此间的干扰逐渐减小，各自洞周位移场变形趋于单洞开挖后的形态。

（４）随间距的增大，路基横向沉降槽由“Ｕ＂形渐变为“Ｗ”形随间距的增大，路基横向沉降槽由“Ｕ’’形渐变为“Ｗ＂形，基本对称于两隧道连线的中垂线。沉降槽波谷点逐渐由连线中点过渡到两隧道拱顶投影点。间距与路基沉降最大值大致呈对数关系。

（５）通过建立有碴轨道一弹簧一路基系统静力计算模型，得到路基沉降和轨道沉降的相互影响。本文所考察工况内，弹簧单元均为压力，轨道沉降稍大于路基沉降，轨道与路基相互作用表现为随动变形梁。但对相应工况，在影响范围不变的情况下，放大路基沉降，会得到路基与轨道相互变形的临界值。超过临界值，轨道与路基相互作用表现为自由变形梁，轨道与路基之间会产生脱离。

（６）双洞施工的情况下随间距的不同，沉降槽的叠加和分离对轨道高低偏差矢度值有较大的影响。在埋深相同的情况下，隧道间距在０．１Ｄ时，轨道高低偏差矢度值和轨道以及路基绝对沉降值均为最大，是最不利情况。随间距增大，Ｕ型沉降槽中间部分逐渐变平，最大高低偏差矢度值逐渐减小，在ｌＤ～１．５Ｄ范围内，达到最小值，其后随沉降曲线波谷范围中间部分的逐渐凸起，形成Ｗ型沉降槽，最大高低偏差矢度值呈增大的趋势，而轨道以及路基绝对沉降值随隧道间距增大始终表现为减小趋势。

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第４章矿山法隧道下穿铁路沉降影响分区研究

第三章对矿山法隧道下穿铁路的施工过程以及轨道和路基相互作用进行了数值模拟。从结果来看，隧道埋深和间距对沉降有交叉的影响，如何此对影响进行划分，在本章将进行探讨。限于时间，仍以第三章研究的区间地层条件为基础。

４．１近接影响判别阈值

判别准则及其相关阈值是对近接影响度和分区进行划分的根本。隧道上方为运营的铁路，首先应确保沉降不会影响铁路运营，以此确定位移沉降阈值。为有效评估路基和线路沉降的安全性，在此分别采用沉降绝对值和根据《铁路线路修理规则》（铁运【２００６１１４６号部令发布）上规定的轨道的前后高低偏差矢度值进行双控制。其中绝对沉降值限值仍采用常规地铁施工中的３０ｍｍ，而高低不平顺值需根据《铁路线路修理规则》（下简称《规则》）来确定。

对于３０ｍｍ绝对沉降值，根据上文各种工况下计算所得的结果，仅在第１、２工况最大沉降超过３０ｍｍ，所以在本章进行影响分区的时候，以高低偏差矢度值来控制显然更严格。

《规则》中规定了轨道静态几何尺寸容许偏差管理值如表４．１所示。

表４—１线路钢轨道静态几何尺寸容许偏差管理值

ｌ６０ｋｍ／ｈ＞Ｖｍａｘ

Ｖｍａｘ＞１６０ｋｍ／ｈＶｍａｘ＿＜ｌ２０ｋｍ／ｈ

＞１２０ｋｍ／ｈ其他站线

正线正线及到发线

项目正线

作业经常临时作业经常临时作业经常临时作业经常临时

验收保养补修验收保养补修验收保养补修验收保养补修

＋２＋４＋６＋４十６＋８＋６＋７＋９十６＋９＋１０

轨距（ｍｍ）

．２．２．４－２．４．４—２．４．４．２－４－４

水平（ｍｍ）３５８４６８４６１０５８１ｌ高低（ｍｍ）３５８４６８４６ｌＯ５８ｌｌ轨向（直线）（１ｌｌｍ）３４７４６８４６１０５８１１三角线缓和曲线３４６４５６４５７５７８

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（扭曲）

（ｍｉｌｌ）直线和３４６４６８４６９５８ｌＯ圆曲线

注：①轨距偏差不舍曲线上按规定设置的轨距加宽值，但最大轨距（含加宽值静偏差１不得超过１４５６ｍｍ，

②轨商镳差秘离低偏差为ｌＯｍ弦溅量的最大矢受值：

③三角坑偏差不含曲线趣高顿坡造成的扭曲量，检查三角坑时斟长为６．２５ｍ，但在延长１８ｍ的距离内无超过表殉韵三角坑；

④专甬线按其他站线办理ｏ

在本工程中，由于下穿开行动车组的哈大铁路，以Ｖｍａｘ＞１６０ｋｍ／ｈ时，经常保养的高低５ｍｍ作为阈值。５ｍｍ和１．６７ｍｍ作为强、弱影响分区的控制界线。由此可得到本工程近接影响分区标准，如表４—２所示。

表４－２近接影响分区标准

影响分区

强影响区Ａ

弱影响区Ｂ

无影响区Ｃ轨道高低偏差（ｍｍ）Ｕ≥５１．６７≤Ｕ＜５Ｕ＜１．６７

４．２近接影响分区相关参数的计算和分区图式

根据第二章进行近接影响度计算和近接影响分区划分的公式，以近接影响判别位移准则（沉降），可以进行相关参数值的计算和影响分区的划分。

４．２．１相关影响修正系数的确定

采用轨道高低偏差矢度值作为判别准则，阈值标准见表４．２。根据上节数值计算得到的结果（表３．８），由于只有沉降值受控制，因此只对沉降的影响进行研究，根据第二章关于近接影响判别准则的基本表达式，可以对各项系数进行确定。

（１）１６ｉ——综合影响系数

实质为基准情况时的判别准则值，根据确定的基准（见以下各项），即为肛２Ｄ，Ｓ／Ｄ＝Ｉ时的高低偏差矢度值，为２．５２ｍｍ，有局ｉ＝２．５２。

（２）ａｏｉｊ——几何近接度影响的修正系数的确定

其余影响因素均设定为基准情况，则对应的各影响修正系数都为ｌ。且几何近接度选定以Ｓ／Ｄ＝ｌ为基准。根据高低偏差矢度值与几何近接度爿（彤Ｄ）的统计关系，可以得到以下如图４．１所示的回归公式，在Ｓ／Ｄ＜３的情况下，

度值趋向于定值，即趋向于Ｈ／Ｄ＝２时单洞的情况。Ｙ＝．Ｏ．５０５２ｘ３＋３．１７９５ｘ２—６．０１４ｘ＋６．１３５，相关系数为０．９６３７，当Ｓ／Ｄ＞３时，ｙ＝３．１５，高低偏差矢

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图４—１最大高低偏差矢度值与Ａ（Ｓ／功的拟合曲线

根据图４．２４的回归公式，可得到最大高低偏差（∽与Ｓ／Ｄ的统计关系：

Ｕ＝－０．５０５２（Ｓ／Ｄ）３＋３．１７９５（Ｓ／Ｄ）２—６．０１４（Ｓ／Ｄ）＋６．１３５Ｏ＜Ｓ／Ｄ＜３

（４—１）

Ｕ＝３．１５Ｓ／Ｄ＞３（４—２）

Ｕ（式４—１）与基准工况轨道高低偏差矢度值（２．５２）的比值，即为影响修正系数，由此可得到影响修正系数ａｏｉｉ的表达式：

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