矿山法隧道下穿铁路沉降影响分区研究(2)

３、分别采用沉降绝对值和轨道高低偏差矢度值进行双控制，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。并提出对于新建隧道相应于影响分区的施工分级参数。（见第４章）

本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其它个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

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第１童

１．１问题的提出绪论

目前，我国正按既定目标进行着大规模的基础设施建设，交通工程的建设更是重中之重，为此，我们国家制定了铁路、公路和地铁等交通建设的宏伟目标。铁路方面：根据国务院批准的《中长期铁路网规划》，到２０２０年全国铁路营业里程将达到１０万公里，其中客运专线营业里程１２０００公里。国家《中长期铁路网规划》明确指出，到２０２０年要建成“四纵四横”铁路快速客运通道以及“环渤海、长三角、珠三角”三个城际快速客运系统，建设时速２００＂－－３５０ｋｍ／ｈ客运专线１．２万公里。公路方面，到２０１０年底，全国公路总里程达到２１０－－一２３０万公里，高速公路总里程达到５万公里。到２０２０年，全国公路总里程将达到２６０～３００万公里，高速公路里程将达到７万公里以上。此外，随着城市化进程的加速，带来了以地铁为龙头的地下交通和地下空间综合利用的大发展，各大中城市如北京、上海、广州、深圳、南京等城市都制定了中远期地铁线路规划，预期尽早形成完善的快速轨道交通网络。据统计，在未来十年内，我国将要修建近１５００公里的地铁。此外各种城市市政工程（包括道路和管道）和水利工程的建设也如火如荼。这些基建工程的大量建设，不可避免会产生各种线路的大量立交工程，其中各种线路下穿铁路的隧道工程问题也将十分突出。

京津城际和武广高铁的相继建成通车，标志着我国已进入高铁时代，高速铁路都为全封闭道路，与其他道路的交叉均采用立交的形式，反之，当其他道路需要与铁路交叉时，也必须采取立交的方式。虽然高速铁路多采用高架的方式，这样客观上也有利于其他线路穿越高铁，然而在局部路基地段，可能会由于规划估计不足，或受各种条件限制，需要采用隧道穿越路基的情况，在这种情况下由于高速铁路一般为无砟轨道，适应变位的能力较差，对路基和轨道位移的控制极严，施工控制难度极大，有必要进行研究，为方案决策和工程实施提供支持。

同时，我国铁路先后六次提速，机动车保有量也迅速增长，而铁路设备的更新换代却没有跟上经济发展的步伐，加之国民安全意识较差，导致我国铁路平交道口交通事故一直居高不下。铁道部门的统计资料显示，２００５年发生道口交通事故７２８件，每年仅道口交通事故就造成２０００万的直接经济损失，生命的损失更是金钱难以评价的。当前，由于受客观条件的限制，还没有能力从高安全性的先进科技设备应用、科学管理的角度，彻底解决铁路平交道口的交通事故问题。另一方面，铁路平交道口的存在，使道口成为道路交通的瓶颈，使交通拥挤的问题更加严重。为确保交通顺畅，出行快速，或为适应大量高等级道路建设的需要，有必要修建大量的铁路立交工程，或由平交改为立交。铁路平交道口改立交后的交叉形式有两种：公路（道路）上跨铁路和铁路下穿公路（道路），采用哪种交叉形

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式需根据拟建立交位置的具体情况而定，如路基高度、线路数目、周围建筑物情况、地质情况、地方规划、投资额度等。有时为避免线路加固，干扰行车，不得已采用公路（道路）上跨铁路的交叉形式，但可能会增加巨额投资（较公路下穿铁路），而有时实际情况限制采用公路（道路）上跨铁路的交叉形式。

随着列车行车速度的提高和地方经济的发展，铁路局和地方交通部门对解决平交道口问题，保证铁路行车安全和公路交通的畅通更加重视，每年投入大量资金解决平交道口改立交，特别是高等级的繁忙道口的平改立；这些道口绝大部分位于城市内或城市附近，多以下穿隧道的形式为主，工程规模较大，对铁路行车的干扰也大。随着铁路繁忙干线的封闭，为解决铁路两侧居民的生产生活和出行问题，在没有道口而人流较大的处所设置人畜通道，而人畜通道的规模虽然较小，但数量较大，对铁路行车的干扰同样不可小视。据不完全统计，在京沪线、京广线、京哈线和北京至西安铁路的大提速中，仅平交道口因铁路提速而需要改为立交道口（４ｍ跨度）的就有３８００多座。

这些问题的存在，既严重影响了正常的铁路行车组织和运能，另一方面大量道路下穿铁路施工项目的拖延和搁置，也严重影响了地方的交通和经济发展。虽然总体上是由于我国当前基础建设规模过大，资源与需求的矛盾过分突出引起，但传统下穿铁路施工方法的局限也是其中较为重要的原因：（１）传统施工方法穿越铁路一般均采用便梁加扣轨的线路加固型式，这种加固需要在天窗时间（维修管理）或中断线路运行条件下进行；（２）隧道施工下穿铁路引起路基和轨道位移的机理和控制标准研究相对滞后，导致控制标准混乱，虽然有铁路维修规则对轨道静态几何尺寸的规定，但为便于量测和反馈，实际操作中往往采用路基和轨道的一些直接位移值来控制，因此在位移控制标准的规定上往往经验性较强，不尽合理；（３）施工粗放，在施工过程中有些项目监测计划不完善，不合理，信息化施工技术水平低，监测与施工相脱节，很难做到精准，实时；（４）由于施工水平的参差不齐，可靠性差，导致在进行下穿铁路施工时，一般均需进行限速，且速度往往较低，通常最高为４５ｋｉｎ／ｈ；（５）由于下穿铁路施工风险高，而以往的施工缺乏控制位移的主动措施，常常在位移超限时，只能被动地停工，等待铁路维修管理部门采取改变轨道静态尺寸的补救措施，如起道，轨下垫钢片等，缺乏施工前的影响预测（影响分区）和过程中的主动控制。而比较科学的方法是在施工前进行可能产生位移的预测和影响分析，视情况采取轨道加固、地层改良和支护加强等措施，在施工过程中，根据阶段控制目标，随时进行补偿注浆（也叫抬升注浆）措施，以便在全过程中进行阶段和总体的主动控制。

因此，如果在道路下穿铁路的施工中，仍然采用传统的隧道施工和技术管理方法、标准，将对铁路运输产生巨大影响，有些路段甚至不能实现，成为交通建设和国民经济的发展的瓶颈。大量的工程实践和亟待施工的下穿隧道工程迫切需要我们回答以下几个问题：即什么情况下不需要考虑隧道施工对铁路的影响，只需按常规隧道设计和施工；什么情况下则必须考虑隧道下穿施工的影响，不能按

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常规隧道设计和施工；有影响时有无办法减少影响？办法是什么？即对策问题。而回答这些问题又迫切需要研究隧道下穿铁路施工情况下，路基和轨道位移的相互作用机理，轨道静态几何尺寸容许偏差的数理统计模型，控制标准和影响分区，以及下穿铁路的科学对策和控制方法，减少对铁路运行和安全的影响。毋庸置疑，深入地研究隧道下穿铁路施工下路基与轨道位移机理和控制标准、方式和方法，将有助于发展隧道近接施工理论，完善隧道施工力学，为大量下穿铁路隧道工程提供指导，也可为规范的编制提供依据，促进隧道理论发展和技术进步。１．２国内外研究现状

１．２．１关于隧道工程近接施工的分类与影响分区、分度的研究

在隧道近接施工的研究中，日本走在前列，对此作了大量研究，己相继制定了铁路、公路和电力等各行业的近接施工指南【４击ｌ，，并在相应的规范中有专门的条文说明。如铁路系统１９９８年公布了“既有铁路隧道近接施工指南”，电力系统１９９９年编制了“近接施工指针”，公路系统２０００年发布了“公路隧道近接施工指南＂，以及其他的相关专著和大量个案研究论述。指南对近接施工类问题作了较系统的论述，提出近接度和影响分区等概念。国内的最新出版的有些专著和规范中也有了关于近接施工的相关内容，如《公路隧道设计规范》中专门列入了小净距隧道的内容，提出设计和施工的一般流程和方法，朱合华１７】等在在借鉴日本资料和国内最新研究的基础上中也列入了盾构隧道近接的内容。

在日本的近接施工指南中，一般将隧道近接施工分为以下几类，即相邻多孔隧道、隧道邻近桩基或管线等构筑物施工、隧道上明挖、隧道上填土、隧道接近锚索、隧道上部积水等笼统的几种，而没有过多区分隧道与其他构筑物之间修建的时间、空间和工法的关系。

指南对既有隧道近接施工类问题作了较全面、系统的阐述。近接工程的近接度的划分，要对许多条件做出判断，这些条件是：近接施工的种类、近接工程的规模、近接施工的设计、施工方法、与既有隧道的位置关系、（原）地形、地质条件、既有隧道衬砌的力学健全度、对策的可能性等。在这些条件中，根据近接工程的种类，其近接度的划分分别列于表１．２～１．１０（基于铁路隧道近接施工指南）。这里所谓“间隔＂，是指既有隧道衬砌外面到近接工程的最小距离。近接度判断时采用的Ｄ（隧道外径）值，指既有隧道或新建隧道衬砌外轮廓的垂直高度，水平宽度中的最大值。在隧道并列、隧道交叉的场合，采用新建隧道的外径Ｄ’。近接的程度，应根据近接工程的种类和规模，地层条件等决定属于那一个范围进行分类，视分类划分，分别实施相对应的施工前调查、影响预测、对策、安全监视等。近接度一般划分为三个范围：无条件范围、要注意范围、限制范围（要对策范围）。表１．２适用于新建隧道在既有隧道左右并列情况。即从既有隧道断面中央向

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上下方向引４５０线的范围内并列的情况。在此线的上方或下方新建隧道时，应按隧道交叉的情况处理。隧道间隔小于０．５Ｄ时，预计对隧道结构有重大影响，应慎重处理。新建隧道采用爆破法施工时，应另外研究爆破振动的影响。