矿山法隧道下穿铁路沉降影响分区研究(5)

张冬梅（２００１）［４３１考虑随时问不断增大的固结沉降采用了粘弹性有限元法分析了盾构推进引起的地面沉降。

刘洪洲等（２００１）１４４Ｊ采用三维有限元方法对影响地面沉降的各个因素如注浆量、盾体长度、推进步长、开挖面推进力、盾尾建筑空隙等分别进行了讨论，计

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算了各因素影响的地层沉降大小，并总结了地层沉降的规律但对于建筑空隙等参数的大小讨论过于简单只是凭经验加以确定。

孙钧（２００２）【４５】采用三维弹塑性有限元法ＡＮＳＹＳ软件模拟了交叠隧道土层位移以及地表沉降曲面在盾构推进中的发展变化，论证了要将地面沉降控制在允许范围内需要采取的相应对策。

蒋正华等（２００３）ｔ４６】等通过隧道支护结构．土体．地下管线耦合作用的三维有限元分析模型，对深圳地铁大剧院至科学馆区间并行小间距隧道施工对管线的影响进行了仿真分析，并结合有关管线安全性的评价标准对地下管线的安全性进行了预测。

于宁等（２００４）［４ｎ禾ｌｊ用三维有限元模拟盾构施工的各个要素和工序，并将得到的地表位移结果于实测值进行了对比，得到了较为满意的结果。

张志强（２００５）［４８】建立了模拟盾构机（刚度、自重、推力）前行掘进隧道的三维有限元力学模型，研究了随盾构顶进引起的地表沉隆变形以及隧道围岩、管片变形。

由于计算机技术的日新月异，高速计算和大容量存储能力的飞速发展和大型数值分析软件的涌现，使利用数值分析方法对复杂土工问题进行全过程的仿真分析越来越成为可能。利用数值方法，可对实际工程的几何构形和材料组成进行细致建模，并可对施工各过程进行仿真模拟。数值方法在进行预测研究中遇到的问题是力学参数的选取和本构关系方面的考虑不够符合工程实际，因此需要利用实测数据对数值分析模型进行改进，不断提高模拟水平，同时需要依靠岩土基础理论的进步。

综上所述，各类预测方法百花齐放，争奇斗艳，然而，由于隧道施工的复杂性，影响因素的多样性和不确定性，不易得到一种普适的准确考虑各种因素的预测和预报方法【４９１。目前，利用大型软件进行数值仿真分析和利用人工智能方法仍是一个主要趋势，并与飞速发展的计算机技术结合，向着可视化、智能化、集成化的方向发展。‘

１．２．３．２下穿铁路工程实例现状

在下穿铁路隧道的施工中，铁路一般不允许被中断，因此明挖法几乎很少采用，目前此类工程的施工方法主要是顶进法和暗挖法，往往同时辅以托换的方法，顶迸法～般适用于土质地层，暗挖法适用于埋深较深的情况主要有盾构法和矿山法，对于地层的适用性较好，相比于矿山法，盾构法的安全性和对地层的控制更佳，但由于存在前期的设备投入较大和断面非标准化问题，在下穿隧道较短或非标准断面结构中，人们常常采用适应性更强的矿山法【２】。施工中除了在隧道支护采取较强的措施外，一般还对铁路辅以扣轨、托换等措施【５７￣５８】。

总体来看，在下穿铁路的施工中，目前最常用的方法是直接造价低、工艺相对简单的项进（拉）法，然而该方法由于存在需要线路加固，对铁路干扰大，路基和轨道位移控制差，限速低等缺陷，因此社会效益不佳。从施工方法来，

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适用于城市浅埋软弱地层中的矿山法具有断面形式灵活、造价低、占地少、拆迁少、扰民少、影响交通少、污染环境小等特点，在国内外的地铁及市政公用管线等工程中，得到了广泛的应用。国内，经过多年的工程实践与试验研究，归纳总结出了“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”的浅埋暗挖技术１８字方针，并带动了系列配套施工技术。

１．２．４关于铁路路基与轨道相互作用机理研究

Ｗｉｎｋｌｅｒ于１８６７年提出了经典的Ｗｉｎｋｌｅｒ地基模型，该模型由位于常刚度地基上无限长梁组成，基于文克尔（Ｗｉｎｋｌｅｒ）地基假定，将轨道作为连续支承弹性地基梁结构进行应力和位移分析，代表人物包括Ｚｉｍｅｒｍａｎｎ和Ｔａｌｂｏｔ。该方法经过长时问的发展和参数修正，实际己成为铁路路基轨道标准设计的方法。１９１３．１９１８年美国土木工程师学会（ＡＳＣＥ）和美国铁路工程学会（ＡＲＥＡ）联合在美国伊二利诺伊州的Ｃｈａｍｐａｉｇｎ和新泽西州的Ｄｏｖｅｒ进行了铁路线路工程测试综合试验研究，该研究项目由Ｔａｌｂｏｔ领导，测试报告后来成为各国路基轨道设计理论的发展基础。该方法目前仍然为各国所沿用，包括我国常规铁路路基轨道的设计。美国铁路工程协会推荐的ＡＲＥＡ设计方法仍然基于该模型方法。后Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ和Ｆｒｙｂａ对该模型作为铁路轨道的正确性作了验证。随着近代计算技术发展，常常采用车辆．轨道．路基大系统模型进行耦合分析１５…。

国内学者苏谦【５１】和罗强【５２】等对路基沉降、路桥衔接段、路基与轨道相互作用等方面作了大量研究，为我国既有铁路提速和高速铁路建设作出了重要贡献。１．３本文研究内容及研究方法

１．３．１研究内容

以长春市快速轨道交通轻轨三期工程亚泰大街～伪皇宫区间暗挖隧道为依托，根据《铁路线路修理规则》（铁运【２００６】１４６号部令发布）中规定的轨道静态几何尺寸容许偏差管理值，提出单洞或双洞下穿铁路情况下路基与轨道位移与埋深、净距的统计关系和影响分区以及与分区相对应的对策措施。

１．３．２研究方法

本文在进行上述内容研究中综合运用了以下研究方法：

（１）调查研究；

程类比法；（２）数学力学方法：包括数值分析、现场量测等；（３）工（４）归纳总结、批判吸收和继承发展。

１．３．３研究技术路线在进行充分分析论证的基础上，本文采用图１．１研究技术路线。

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查

事

先

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析

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理图１－２下穿铁路近接施工技术方案及实施流程图

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第２章隧道近接施工影响分析基本方法

２．１隧道与地下工程近接施工分类

文献［１】提出按近接施工引起的力学行为变化特征，即受力特征进行分类。这种受力特征会因工程修建的时间先后关系、空间位置关系及其施工方法的不同而不同，如加载效应、卸载效应、横向效应、纵向效应及空间效应等。为此，进一步确定按时间、空间、工法三要素下受力特征属性进行分类。这样共分三大基本类型：（Ｉ）新建工程接近既有隧道施工类；（ＩＩ）新建隧道接近既有工程施工类；（ＩＩＩ）两条及以上新建隧道近距离同期施工类。根据以上的分类要素和分类属性把地下工程近接施工分为三大基本类型、２３小类，见表２．１。

表２－１接近旖工的分类、受力特征和力学模型

近接施工种类受力特征和力学模型

（Ｉ．１）新旧隧道既有隧道向接近的新建隧道方向发生拉伸变形；因并列隧道的施并列工，既有隧道周边围岩松弛，而使作用在衬砌上的荷载增加，也

可能产生偏压现象。横向效应的平面模型。

新建隧道在既有隧道上方平行通过时，既有隧道随新建隧道的开

（Ｉ）（Ｉ．２）新旧隧道挖不断向上方变形，围岩成拱作用受到损伤，而使衬砌上的荷载新建工重叠增加；新建隧道在既有隧道下方平行通过时，既有隧道随新建隧

道的开挖不断发生Ｆ沉。横向效应的平面模型。

程接近（Ｉ．３）新旧隧道既有隧道向接近的新建隧道方向发生拉伸变形；因新建隧道的施既有隧交错工，既有隧道周边围岩松弛，而使作用在衬砌上的荷载增加。横道施工向效应的平面模型。

类（Ｉ．４）新旧隧道新建隧道在既有隧道上部通过时，由于卸载作用，既有隧道向上

交叉方变形；新建隧道住既有隧道下部通过时，既有隧道会发生下沉。

纵向效应的平面模型。

（Ｉ．５）隧道底部无论上山开采还是下山开采，随着开采范围加大和向隧道底部接采矿近，将引起隧道纵向变形，严重时还会产生横向效应。纵向效应