地鐵隧道近距離下穿既有鐵路干線路基沉降控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種地鐵隧道近距離下穿既有鐵路干線路基沉降控制方法，包括地質勘察→超前物探→理論計算→隧道施工→列車限速→監控量測→優化隧道施工共七個步驟，構成一套完整的地鐵隧道近距離下穿既有鐵路干線路基沉降控制體系。在施工前先要掌握前方地質構造情況，再依據理論計算，精確掌握最大允許下沉量，從而有針對性的采用施工措施，達到施工人員與機械最優配置，同時通過計算機模擬方法，分析上行列車車速產生的動載荷對路基沉降量的影響，提出列車限速要求，最后進行鐵路路基下沉量監測，依據監測數據，及時優化施工工藝。優化資源配置，提高工效，保證安全質量，降低施工成本，減小上行列車行駛產生的動荷載對鐵路路基下沉量不良影響。
【專利說明】
地鐵隧道近距離下穿既有鐵路干線路基沉降控制方法
技術領域
[0001] 本發明設及工程施工技術領域，具體設及一種在既有鐵路干線下方近距離新建地 鐵隧道的路基沉降控制方法。
【背景技術】
[0002] 目前，地鐵隧道下穿既有鐵路干線的路基沉降控制方法多采用地表注漿對既有鐵 路線進行預加固處理，采用大管棚、中管棚和小導管對隧道進行超前注漿支護，再對隧道進 行各種淺埋暗挖施工。該方法僅僅停留在具體加固地表和穩定隧道開挖層面上，具有如下 不足：
[0003] (1)施工方法僅適用典型工程，通用性差；
[0004] (2)未重視前期地質勘察的重要性，較少設及超前地質物探，無法提前獲取局部地 質異常信息并采取對應施工措施；
[0005] (3)未精確計算現場鐵路線路基理論最大允許下沉量；
[0006] (4)未考慮上行列車動荷載對鐵路線路基沉降值的影響。
【發明內容】
[0007] 本發明旨在建立一套近距離下穿既有鐵路干線路基沉降控制技術體系，全面、及 時、準確地掌握工作面前方地質構造特征，從而優化資源配置，提高工效;科學計算典型鐵 路線路基最大允許下沉量，在確保安全質量的前提下，最大程度節約施工成本;限制上行列 車行駛速度，減小動荷載對鐵路路基下沉量的影響。
[000引為此，本發明所采用的技術方案為:一種地鐵隧道近距離下穿既有鐵路干線路基 沉降控制方法，包括W下步驟：
[0009] 第一步:地質勘察；
[0010] 第二步:超前物探：：在常規地質勘察的基礎上，輔助W工作面超前物探方法，達到 全方位、無死角地掌握工作面前方的地質構造信息；
[0011] 第Ξ步:理論計算:計算既有鐵路干線路基最大允許沉降量，計算公式為[Smax] =W
[S]/L，其中[δ]為鐵路軌道允許10m弦量測的最大矢度值，L為量測弦長，W為沉降槽寬度，W
i為地表沉降槽寬度系數，即沉降槽曲線反彎點至隧道中屯、線的 水平距離，D為隧道直徑;Zo為隧道中屯、至地表深度;將計算出的最大允許沉降量與鐵路路 基下沉量不超過± 3mm的行業標準進行對比，當計算出的最大允許沉降量大于等于行業標 準允許的下沉量時，W行業標準允許的下沉量為準，當計算出的最大允許沉降量小于行業 標準允許的下沉量時，W計算出的最大允許沉降量為準；
[001^ 第四步：隧道施工：
[0013] (a)地表加固處理:隧道施工前，采用地表注漿對既有鐵路線進行預加固處理；
[0014] (b)超前支護:首先采用大管棚結合小導管對將開挖隧道進行超前注漿支護，再根 據現場地質情況，采用匹配的淺埋暗挖法對隧道進行開挖，在開挖隧道內采用地縱梁將隧 道上方的鐵路架空；
[0015] (C)隧道支護:首先采用錯網噴技術對開挖隧道進行初期支護，再進行補充注漿， 最后再進行二次襯擱施工；
[0016] 第五步:列車限速:基于計算機數值仿真技術，對上行列車行駛過程中由動載荷引 發路基沉降量進行計算，確定列車最大通過時速；
[0017] 第六步:監控量測:對鐵路路基下沉量實時進行監控量測；
[0018] 第屯步:優化隧道施工:根據監控量測的下沉數據，及時優化隧道施工。
[0019] 作為上述方案的優選，所述第二步中的超前物探方法為電阻率法、瞬變電磁法或 地質雷達法，均為常用的超前物探法。
[0020] 進一步，所述第四步中（b)的超前支護，大管棚在待開挖隧道拱部環向間隔設置， 在地鐵隧道與既有鐵路干線交叉點前后10m范圍內，大管棚環向間距縮短，通過加密方式加 強支護效果。
[0021] 所述第四步中（C)的隧道支護，在進行二次襯擱施工前，采用地質雷達掃描法對注 漿效果和初期支護背后進行檢測，保證質量，有效控制鐵路路基后期沉降。
[0022] 本發明的有益效果:建立了一種近距離下穿既有鐵路干線路基沉降控制的通用性 技術體系;可W優化資源配置，提高工效;既保證安全質量，又能夠最大程度降低施工成本； 減小上行列車行駛產生的動荷載對鐵路路基下沉量不良影響。
【附圖說明】
[0023] 圖1是本發明進行第四步的超前支護后的效果圖。
[0024] 圖2是本發明進行第四步的隧道支護后的效果圖（省略小導管）。
[0025] 圖3是本發明進行第Ξ步理論計算時沉降槽寬度中各參數的示意圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面通過實施例并結合附圖，對本發明作進一步說明：
[0027] -種地鐵隧道近距離下穿既有鐵路干線路基沉降控制方法，依次包括地質勘察^ 超前物探^理論計算^隧道施工^列車限速^監控量測^優化隧道施工共屯個步驟，構成 一套完整的地鐵隧道近距離下穿既有鐵路干線路基沉降控制體系。在施工前先要掌握前方 地質構造情況，再依據理論計算，精確掌握最大允許下沉量，從而有針對性的采用施工措 施，達到施工人員與機械最優配置，同時通過計算機模擬方法，分析上行列車車速產生的動 載荷對路基沉降量的影響，提出列車限速要求，最后進行鐵路路基下沉量監測，依據監測數 據，及時優化施工工藝。
[0028] 第一步:地質勘察:沿待勘察路線間隔一定距離鉆孔并進行地質勘察，為常規的地 質勘察方法，在大范圍內對地質構造信息進行一個相對粗略的了解。
[0029] 第二步:超前物探：W地質勘察的鉆孔為中屯、，進行一定半徑范圍內的超前物探。 在常規地質勘察的基礎上，輔助W工作面超前物探方法，達到全方位、無死角地掌握工作面 前方的地質構造信息達到全方位、無死角地掌握工作面前方的地質構造信息。超前物探相 比資質勘察，由于在小范圍內進行，探測地質構造信息更精確，既保證安全施工，又可W合 理調配資源。常規地質勘察都是間隔一定距離進行鉆孔，勘察精度與施工精度存在一定差 距，采用超前物探手段可w很好的彌補該方面的不足。地鐵隧道沿途差異性很大，如出現斷 層、裂隙、水和有害氣體瓦斯等異常地質情況，僅依靠地質勘察無法準確掌握待開挖路段的 地質構造信息。假設不進行超前物探，在隧道施工過程中出現漏水等異常現象，再返回進行 地質勘察，既浪費時間，又增加了施工成本。超前物探方法為電阻率法、瞬變電磁法或地質 雷達法等。
[0030] 第Ξ步:理論計算:計算既有鐵路干線路基最大允許沉降量，計算公式為[Smax]=W [S]/L，其中[δ]為鐵路軌道允許10m弦量測的最大矢度值，L為量測弦長，W為沉降槽寬度，W =5i
,i為地表沉降槽寬度系數，即沉降槽曲線反彎點至隧道中屯、線的 水平距離，D為隧道直徑;Z0為隧道中屯、至地表深度。W中各參數的獲取如圖3所示。《鐵路線 路維修規則》中規定，列車時速小于等于120Km/h時，正線到發線的線路軌道前后高低差用L =10m弦量測，最大矢度值[δ]不應超過4mm。
[0031] 現目前，鐵路路基下沉量采用不超過± 3mm的行業標準進行，鑒于該數值有時與現 場實際差異較大，因此，將計算出的最大允許沉降量與鐵路路基下沉量不超過±3mm的行業 標準進行對比，當計算出的最大允許沉降量大于等于行業標準允許的下沉量時，W行業標 準允許的下沉量為準，當計算出的最大允許沉降量小于行業標準允許的下沉量時，W計算 出的最大允許沉降量為準。
[0032] 第四步:隧道施工：
[0033] (a)地表加固處理:隧道施工前，采用地表注漿對既有鐵路線進行預加固處理。
[0034] (b)超前支護:首先采用大管棚1結合小導管2對將開挖隧道進行超前注漿支護，再 根據現場地質情況，采用匹配的淺埋暗挖法對隧道進行開挖，在開挖隧道內采用地縱梁3將 隧道上方的鐵路架空（如圖1所示）。超前支護采用大管棚結合小導管對將開挖隧道進行超 前注漿支護，并采用匹配的淺埋暗挖法對隧道進行開挖，是隧道施工中常用的超前支護方 法，在此不再寶述。最好是，大管棚在待開挖隧道拱部環向間隔設置，在地鐵隧道與既有鐵 路干線交叉點前后10m范圍內，大管棚環向間距縮短，大管棚設置得更加密集，通過加密方 式加強支護效果。
[0035] (C)隧道支護:首先采用錯網噴技術對開挖隧道進行初期支護4,再進行補充注漿， 最后再進行二次襯擱5施工(如圖2所示）。新建隧道初期采用工字鋼、砂漿錯桿6、噴射混凝 ±、鋼筋網片相結合的方式進行初期支護，統稱為錯網噴技術，屬于現有技術;初期支護完 成1-2環后，應立即進行補充注漿，避免初支后有空隙或不密實現象。最好是，在進行二次襯 擱施工前，采用地質雷達掃描法對注漿效果和初期支護背后進行檢測，保證質量，有效控制 鐵路路基后期沉降。圖2中，保留大管棚1，省略圖1的小導管2,是為了避免小導管2影響砂漿 錯桿6的展示效果。
[0036] 第五步:列車限速:基于計算機數值仿真技術，對上行列車行駛過程中由動載荷引 發路基沉降量進行計算，確定列車最大通過時速，該技術為成熟技術，可W購買仿真分析軟 件獲得列車最大通過時速。
[0037] 第六步:監控量測:對鐵路路基下沉量實時進行監控量測。
[0038] 第屯步:優化隧道施工:根據監控量測的下沉數據，及時優化隧道施工。
【主權項】
1. 一種地鐵隧道近距離下穿既有鐵路干線路基沉降控制方法，其特征在于，包括W下 步驟： 第一步:地質勘察； 第二步:超前物探:在常規地質勘察的基礎上，輔助W工作面超前物探方法，達到全方 位、無死角地掌握工作面前方的地質構造信息； 第Ξ步:理論計算:計算既有鐵路干線路基最大允許沉降量，計算公式為[Smax]=W[S]/ L，其中[δ]為鐵路軌道允許10m弦量測的最大矢度值，L為量測弦長，W為沉降槽寬度，W=5i，,i為地表沉降槽寬度系數，即沉降槽曲線反彎點至隧道中屯、線的水平距 離，D為隧道直徑;Zo為隧道中屯、至地表深度;將計算出的最大允許沉降量與鐵路路基下沉 量不超過±3mm的行業標準進行對比，當計算出的最大允許沉降量大于等于行業標準允許 的下沉量時，W行業標準允許的下沉量為準，當計算出的最大允許沉降量小于行業標準允 許的下沉量時，W計算出的最大允許沉降量為準； 第四步:隧道施工： (a) 地表加固處理:隧道施工前，采用地表注漿對既有鐵路線進行預加固處理； (b) 超前支護:首先采用大管棚結合小導管對將開挖隧道進行超前注漿支護，再根據現 場地質情況，采用匹配的淺埋暗挖法對隧道進行開挖，在開挖隧道內采用地縱梁將隧道上 方的鐵路架空； (C)隧道支護:首先采用錯網噴技術對開挖隧道進行初期支護，再進行補充注漿，最后 再進行二次襯擱施工； 第五步:列車限速:基于計算機數值仿真技術，對上行列車行駛過程中由動載荷引發路 基沉降量進行計算，確定列車最大通過時速； 第六步:監控量測:對鐵路路基下沉量實時進行監控量測； 第屯步:優化隧道施工:根據監控量測的下沉數據，及時優化隧道施工。2. 按照權利要求1所述的地鐵隧道近距離下穿既有鐵路干線路基沉降控制方法，其特 征在于:所述第二步中的超前物探方法為電阻率法、瞬變電磁法或地質雷達法。3. 按照權利要求1所述的地鐵隧道近距離下穿既有鐵路干線路基沉降控制方法，其特 征在于:所述第四步中（b)的超前支護，大管棚在待開挖隧道拱部環向間隔設置，在地鐵隧 道與既有鐵路干線交叉點前后10m范圍內，大管棚環向間距縮短，通過加密方式加強支護效 果。4. 按照權利要求1所述的地鐵隧道近距離下穿既有鐵路干線路基沉降控制方法，其特 征在于:所述第四步中（C)的隧道支護，在進行二次襯擱施工前，采用地質雷達掃描法對注 漿效果和初期支護背后進行檢測。
【文檔編號】E21D11/10GK105971611SQ201610353430
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月25日
【發明人】冀文有, 呂玉凱, 曹樹森, 戴亞皎
【申請人】中車建設工程有限公司