矿山法隧道下穿铁路沉降影响分区研究(12)

西南交通大学硕士研究生学位论文

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对应三个不同的施工参数，在纵向应该存在最优或几个较优的施工方案，既能控制了既有铁路的变形，又能起到节约成本确保工期的作用。本工程中下穿长图铁路的区间隧道肋值为２．５，肋为值４．５（弱影响区），在两种不同施工参数状态下对区间隧道下穿施工进行数值模拟，在Ⅱ级施工参数隧道中心投影点路基沉降随开挖变化曲线图如图４－６所示。两种不同施工参数状态下计算所得轨道高低偏差矢度值随开挖变化曲线图如图４．７所示。考察断面均位于模型Ｚ方向３０ｍ处。

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图４－６ＩＩ级施工参数路基沉降随开挖变化曲线

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图４－７轨道高低偏差矢度值随开挖变化变轨曲线

从图４．７中可以看到，采用ＩＩＩ级施工参数轨道最终累积高低偏差超过１．６７ｒａｍ的控制值，采用ＩＩ级施工参数能够可靠安全地通过。不过在影响范围内全程采用ＩＩ级施工参数并非最经济合理的选择，应该对图的限值范围内部分实现“曲线变轨＂，考虑到掌子面的空间效应，在ＩＩＩ级参数施工临界值前方ｌ倍洞径处开始“变轨”。在３ｌｍ前采用ＩＩＩ级参数施工。在３ｌｍ～４６ｍ范围采用ＩＩ级参数施工，其后变形稳定，恢

西南交通大学硕士研究生学位论文第４６页

复ＩＩＩ级参数施工。变轨曲线（如图中蓝色部分所示）的轨道高低偏差最大矢度最终值在控制值范围内。显然，在穿越铁路时，新建隧道采取一步一步逐级加强支护措施（实现轨道变形曲线的变轨），是一种经济合理的对策方案。

４．３。３监控量测

实际工程中，对策措施选定后，为了验证对策的正确性、全过程了解既有铁路的安全性，必须在新建隧道施工过程中对既有铁路进行现场量测，实现施工过程中的信息化，同时对先前通过计算预测结果和分区研究进行验证。

４．３．３．１测点布置

由于本工程下穿铁路施工期间，铁路处于正常运营状态且行车繁忙，主要对隧道外地表沉降（包括铁路路基沉降）进行监测。仅对轨道高低偏差矢度进行抽查。

在隧道下穿铁路线两侧范围内，横断面上设置７个观测点，沿隧道纵向３ｍ一个地表沉降观测断面。地表沉降点布置见图４．８。在铁路路基上埋点时先清除道碴，在路基上钻孔，埋入钢筋，如图４－９所示。

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图４－８地表沉降测点布置图

道碴保护盖板

图４－９路基测点埋设示意图

４．３．３．２管理基准

（１）测量仪器和精度

ＴｒｉｍｂｌｅＤＩＮｌｌ２电子水准仪，配套铟钢尺；沉降观测精度：ａ：０．０１ｒａｍ；。（２）报警值

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根据以往经验以三级管理制度作为监测管理方式，在实际监测中，如发现本基准不适用于监测结果时，需根据实际情况进行调整。。监测管理表见表４－Ｓ。

表４－５监测管理表

管理等级

ⅡＩ

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Ｉ管理位移Ｕｏ＜Ｕｔ／３Ｕｔ／３≤Ｕｏ≤Ｕｔ２／３Ｕｏ＞Ｕｔ２１３施工状态可正常施工应注意，并加强监测应采取加强支护等措施

注：Ｕｏ一一实洳位移值

Ｕｔ一一允许位移值

Ｕｔ的取值，也就是监溺控翻标准。根据招、授标文件、相关设计图纸、有关规范和类似Ｉ程经验确定。本Ｉ程中．对于轨道偏差矢度和路基沉降值Ｕｔ分粕取５ｍｍ、３０ｍｍｏ４．３．３．３监测信息处理与分析

文中选取区间隧道下穿长图铁路左线隧道上方左、中、右三个路基沉降测点数据进行研究分析，。此测区内隧道埋深为２．５Ｄ，问距为４．５Ｄ，根据影响分区图，属于弱影响区域。三个测点沉降时程曲线图如图４．１０所示。施工期间，轨道最大高低偏差矢度值为１．５ｍｍ。

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图４－１０路基沉降时程曲线图

从上图可知，隧道拱顶对应的路基沉降值最大，累计沉降为６．３２ｍｍ，其左右两边基本对称，左边测点累计沉降值为５．１５ｒａｍ，右边测点累计沉降值为４．９５ｍｍ，均小于１０ｒａｍ的沉降预警值。３月２９日掌子面在到达考察断面前的先期沉降占总沉降的４８％、４５％、４８％，变形速度逐渐增大。４月２０日临下台阶开挖前，沉降值占总沉降７２％，６８％、７１％，下台阶的开挖对中测点的影响最大，变形速度在稍有稳定后增大，而左右测点相对平缓。下台阶开挖８天后即挖过考察断面１０ｍ后，各测点速度减缓，开挖２０天后即超过考察断面２２ｍ后，变形趋于稳定。

监测结果表明矿山法隧道下穿铁路施工中，铁路处于安全状态。和数值计算路基沉降结果（图４．６所示）相比较，得到的数据虽然不尽相同，但基本接近。其随

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开挖步变化趋势基本一致，各施工分布占总沉降比例也基本相符，这证明了数值计ｉ～～～项目

地表沉降（ｒａｍｌ

开挖至下台阶算和影响分区的合理性。如表４－６所示。表４－６数值模拟现场监测主要结果比较。—、——～？法数值模拟１．２７．６。１６现场监测一轨道高低偏差矢度值（ｍｍ）１．５．６。３２先期沉降占总沉降比例４３％７０％４５％６８％

同时，也可以看出，通过每一分步的监测值和数值模拟计算得到占总沉降比例，可以较为有效的预测测点的最终累计值。反过来，也可以通过每一分布所占总沉降的比例，把监测管理值分解到每一个施工工序中。这样都便于在施工中及时采取对策，使既有铁路受到的影响减到最小。

４．４本章小结

本章的研究主要获得以下成果和结论：

（１）根据铁路线路工务管理和类似工程的经验，研究了基于位移准则（沉降）的影响分区的相关阈值，运用统计力学方法，对近接影响度表达式中的相关指标进行了研究，并得到了基于埋深比（Ｈ／Ｄ）——几何近接度的近接影响分区。

分别采用沉降绝对值和轨道高低偏差矢度值进行双控制，前者强弱影响分界线均在后者分界线以内，以高低偏差矢度值来控制显然更严格。

分区界线随Ｓ／Ｄ增大，对应的埋深先是迅速减小，然后在１．５＜．Ｓｆ／Ｄ＜３的区间内，因为双洞沉降槽的叠加和分离，造成轨道高低偏差值出现一定的起伏，对应的埋深稍有增加。最后趋向与一定值，即单洞情况。

（２）对本工程下穿铁路段进行影响分区属性的判定，其中，Ｈ／Ｄ值约为１．９～２．７，Ａ（Ｓ／Ｄ）值约为２．１～４．０，经判定，过铁路段均位于弱影响分区（Ｂ）内，下穿哈大线段Ｈ／Ｄ值为２．７，Ｓ／Ｄ为值４，处于弱影响分区（Ｂ）内。对于新建隧道，针对不同的影响分区，研究并设置了三级施工参数（表４．３）。在穿越铁路时，新建隧道采取一步一步逐级加强施工参数（实现轨道变形曲线的变轨），是一种经济合理的对策方案。

（３）监测结果表明矿山法隧道下穿铁路施工中，铁路处于安全状态。和数值计算路基沉降结果，得到的数据虽然不尽相同，但基本接近。其随开挖步变化趋势基本一致，各施工分布占总沉降比例也基本相符，这证明了数值计算和影响分区的合理性。如表４—６所示。

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结论和展望

基本结论：

１、随隧道间距的增大，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。

２、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。

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有较大的影响。在埋深相同的情况下，隧道间距在０．ＩＤ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。

３、根据铁路线路工务管理和类似工程的经验，研究了基于位移准则（沉降）的影响分区的相关阈值，运用统计力学方法，对近接影响度表达式中的相关指标进行了研究，并得到了基于埋深比（剧Ｄ）——几何近接度（肋）的近接影响分区。

分别采用沉降绝对值和轨道高低偏差矢度值进行双控制，前者强弱影响分界线均在后者分界线以内，以高低偏差矢度值来控制显然更严格。

分区界线随肋增大，对应的埋深先是迅速减小，然后在１．５＜肋＜３的区间内，因为双洞沉降槽的叠加和分离，造成轨道高低偏差矢度值出现一定的起伏，对应的埋深稍有增加。最后趋向与一定值，即单洞情况。

４、本工程中，Ｈ／Ｄ值约为１．９＂－＇２．７，Ａ（Ｓ／Ｄ）值约为２．１～４．０，经判定，过铁路段均位于弱影响分区（Ｂ）内，下穿哈大线段Ｈ／Ｄ值为２．７，Ｓ／Ｄ为值４，处于弱影响分区（Ｂ）内。对于新建隧道，针对不同的影响分区，研究并设置了三级施工参数（表４－３）。在穿越铁路时，对新建隧道采取一步一步逐级加强施工参数（实现轨道变形曲线的变轨），是一种经济合理的对策方案。