地铁隧道近距离下穿既有铁路干线路基沉降控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种地铁隧道近距离下穿既有铁路干线路基沉降控制方法，包括地质勘察→超前物探→理论计算→隧道施工→列车限速→监控量测→优化隧道施工共七个步骤，构成一套完整的地铁隧道近距离下穿既有铁路干线路基沉降控制体系。在施工前先要掌握前方地质构造情况，再依据理论计算，精确掌握最大允许下沉量，从而有针对性的采用施工措施，达到施工人员与机械最优配置，同时通过计算机模拟方法，分析上行列车车速产生的动载荷对路基沉降量的影响，提出列车限速要求，最后进行铁路路基下沉量监测，依据监测数据，及时优化施工工艺。优化资源配置，提高工效，保证安全质量，降低施工成本，减小上行列车行驶产生的动荷载对铁路路基下沉量不良影响。
【专利说明】
地铁隧道近距离下穿既有铁路干线路基沉降控制方法
技术领域
[0001] 本发明设及工程施工技术领域，具体设及一种在既有铁路干线下方近距离新建地 铁隧道的路基沉降控制方法。
【背景技术】
[0002] 目前，地铁隧道下穿既有铁路干线的路基沉降控制方法多采用地表注浆对既有铁 路线进行预加固处理，采用大管棚、中管棚和小导管对隧道进行超前注浆支护，再对隧道进 行各种浅埋暗挖施工。该方法仅仅停留在具体加固地表和稳定隧道开挖层面上，具有如下 不足：
[0003] (1)施工方法仅适用典型工程，通用性差；
[0004] (2)未重视前期地质勘察的重要性，较少设及超前地质物探，无法提前获取局部地 质异常信息并采取对应施工措施；
[0005] (3)未精确计算现场铁路线路基理论最大允许下沉量；
[0006] (4)未考虑上行列车动荷载对铁路线路基沉降值的影响。
【发明内容】
[0007] 本发明旨在建立一套近距离下穿既有铁路干线路基沉降控制技术体系，全面、及 时、准确地掌握工作面前方地质构造特征，从而优化资源配置，提高工效;科学计算典型铁 路线路基最大允许下沉量，在确保安全质量的前提下，最大程度节约施工成本;限制上行列 车行驶速度，减小动荷载对铁路路基下沉量的影响。
[000引为此，本发明所采用的技术方案为:一种地铁隧道近距离下穿既有铁路干线路基 沉降控制方法，包括W下步骤：
[0009] 第一步:地质勘察；
[0010] 第二步:超前物探：：在常规地质勘察的基础上，辅助W工作面超前物探方法，达到 全方位、无死角地掌握工作面前方的地质构造信息；
[0011] 第Ξ步:理论计算:计算既有铁路干线路基最大允许沉降量，计算公式为[Smax] =W
[S]/L，其中[δ]为铁路轨道允许10m弦量测的最大矢度值，L为量测弦长，W为沉降槽宽度，W
i为地表沉降槽宽度系数，即沉降槽曲线反弯点至隧道中屯、线的 水平距离，D为隧道直径;Zo为隧道中屯、至地表深度;将计算出的最大允许沉降量与铁路路 基下沉量不超过± 3mm的行业标准进行对比，当计算出的最大允许沉降量大于等于行业标 准允许的下沉量时，W行业标准允许的下沉量为准，当计算出的最大允许沉降量小于行业 标准允许的下沉量时，W计算出的最大允许沉降量为准；
[001^ 第四步：隧道施工：
[0013] (a)地表加固处理:隧道施工前，采用地表注浆对既有铁路线进行预加固处理；
[0014] (b)超前支护:首先采用大管棚结合小导管对将开挖隧道进行超前注浆支护，再根 据现场地质情况，采用匹配的浅埋暗挖法对隧道进行开挖，在开挖隧道内采用地纵梁将隧 道上方的铁路架空；
[0015] (C)隧道支护:首先采用错网喷技术对开挖隧道进行初期支护，再进行补充注浆， 最后再进行二次衬搁施工；
[0016] 第五步:列车限速:基于计算机数值仿真技术，对上行列车行驶过程中由动载荷引 发路基沉降量进行计算，确定列车最大通过时速；
[0017] 第六步:监控量测:对铁路路基下沉量实时进行监控量测；
[0018] 第屯步:优化隧道施工:根据监控量测的下沉数据，及时优化隧道施工。
[0019] 作为上述方案的优选，所述第二步中的超前物探方法为电阻率法、瞬变电磁法或 地质雷达法，均为常用的超前物探法。
[0020] 进一步，所述第四步中（b)的超前支护，大管棚在待开挖隧道拱部环向间隔设置， 在地铁隧道与既有铁路干线交叉点前后10m范围内，大管棚环向间距缩短，通过加密方式加 强支护效果。
[0021] 所述第四步中（C)的隧道支护，在进行二次衬搁施工前，采用地质雷达扫描法对注 浆效果和初期支护背后进行检测，保证质量，有效控制铁路路基后期沉降。
[0022] 本发明的有益效果:建立了一种近距离下穿既有铁路干线路基沉降控制的通用性 技术体系;可W优化资源配置，提高工效;既保证安全质量，又能够最大程度降低施工成本； 减小上行列车行驶产生的动荷载对铁路路基下沉量不良影响。
【附图说明】
[0023] 图1是本发明进行第四步的超前支护后的效果图。
[0024] 图2是本发明进行第四步的隧道支护后的效果图（省略小导管）。
[0025] 图3是本发明进行第Ξ步理论计算时沉降槽宽度中各参数的示意图。
【具体实施方式】
[0026] 下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：
[0027] -种地铁隧道近距离下穿既有铁路干线路基沉降控制方法，依次包括地质勘察^ 超前物探^理论计算^隧道施工^列车限速^监控量测^优化隧道施工共屯个步骤，构成 一套完整的地铁隧道近距离下穿既有铁路干线路基沉降控制体系。在施工前先要掌握前方 地质构造情况，再依据理论计算，精确掌握最大允许下沉量，从而有针对性的采用施工措 施，达到施工人员与机械最优配置，同时通过计算机模拟方法，分析上行列车车速产生的动 载荷对路基沉降量的影响，提出列车限速要求，最后进行铁路路基下沉量监测，依据监测数 据，及时优化施工工艺。
[0028] 第一步:地质勘察:沿待勘察路线间隔一定距离钻孔并进行地质勘察，为常规的地 质勘察方法，在大范围内对地质构造信息进行一个相对粗略的了解。
[0029] 第二步:超前物探：W地质勘察的钻孔为中屯、，进行一定半径范围内的超前物探。 在常规地质勘察的基础上，辅助W工作面超前物探方法，达到全方位、无死角地掌握工作面 前方的地质构造信息达到全方位、无死角地掌握工作面前方的地质构造信息。超前物探相 比资质勘察，由于在小范围内进行，探测地质构造信息更精确，既保证安全施工，又可W合 理调配资源。常规地质勘察都是间隔一定距离进行钻孔，勘察精度与施工精度存在一定差 距，采用超前物探手段可w很好的弥补该方面的不足。地铁隧道沿途差异性很大，如出现断 层、裂隙、水和有害气体瓦斯等异常地质情况，仅依靠地质勘察无法准确掌握待开挖路段的 地质构造信息。假设不进行超前物探，在隧道施工过程中出现漏水等异常现象，再返回进行 地质勘察，既浪费时间，又增加了施工成本。超前物探方法为电阻率法、瞬变电磁法或地质 雷达法等。
[0030] 第Ξ步:理论计算:计算既有铁路干线路基最大允许沉降量，计算公式为[Smax]=W [S]/L，其中[δ]为铁路轨道允许10m弦量测的最大矢度值，L为量测弦长，W为沉降槽宽度，W =5i
,i为地表沉降槽宽度系数，即沉降槽曲线反弯点至隧道中屯、线的 水平距离，D为隧道直径;Z0为隧道中屯、至地表深度。W中各参数的获取如图3所示。《铁路线 路维修规则》中规定，列车时速小于等于120Km/h时，正线到发线的线路轨道前后高低差用L =10m弦量测，最大矢度值[δ]不应超过4mm。
[0031] 现目前，铁路路基下沉量采用不超过± 3mm的行业标准进行，鉴于该数值有时与现 场实际差异较大，因此，将计算出的最大允许沉降量与铁路路基下沉量不超过±3mm的行业 标准进行对比，当计算出的最大允许沉降量大于等于行业标准允许的下沉量时，W行业标 准允许的下沉量为准，当计算出的最大允许沉降量小于行业标准允许的下沉量时，W计算 出的最大允许沉降量为准。
[0032] 第四步:隧道施工：
[0033] (a)地表加固处理:隧道施工前，采用地表注浆对既有铁路线进行预加固处理。
[0034] (b)超前支护:首先采用大管棚1结合小导管2对将开挖隧道进行超前注浆支护，再 根据现场地质情况，采用匹配的浅埋暗挖法对隧道进行开挖，在开挖隧道内采用地纵梁3将 隧道上方的铁路架空（如图1所示）。超前支护采用大管棚结合小导管对将开挖隧道进行超 前注浆支护，并采用匹配的浅埋暗挖法对隧道进行开挖，是隧道施工中常用的超前支护方 法，在此不再寶述。最好是，大管棚在待开挖隧道拱部环向间隔设置，在地铁隧道与既有铁 路干线交叉点前后10m范围内，大管棚环向间距缩短，大管棚设置得更加密集，通过加密方 式加强支护效果。
[0035] (C)隧道支护:首先采用错网喷技术对开挖隧道进行初期支护4,再进行补充注浆， 最后再进行二次衬搁5施工(如图2所示）。新建隧道初期采用工字钢、砂浆错杆6、喷射混凝 ±、钢筋网片相结合的方式进行初期支护，统称为错网喷技术，属于现有技术;初期支护完 成1-2环后，应立即进行补充注浆，避免初支后有空隙或不密实现象。最好是，在进行二次衬 搁施工前，采用地质雷达扫描法对注浆效果和初期支护背后进行检测，保证质量，有效控制 铁路路基后期沉降。图2中，保留大管棚1，省略图1的小导管2,是为了避免小导管2影响砂浆 错杆6的展示效果。
[0036] 第五步:列车限速:基于计算机数值仿真技术，对上行列车行驶过程中由动载荷引 发路基沉降量进行计算，确定列车最大通过时速，该技术为成熟技术，可W购买仿真分析软 件获得列车最大通过时速。
[0037] 第六步:监控量测:对铁路路基下沉量实时进行监控量测。
[0038] 第屯步:优化隧道施工:根据监控量测的下沉数据，及时优化隧道施工。
【主权项】
1. 一种地铁隧道近距离下穿既有铁路干线路基沉降控制方法，其特征在于，包括W下 步骤： 第一步:地质勘察； 第二步:超前物探:在常规地质勘察的基础上，辅助W工作面超前物探方法，达到全方 位、无死角地掌握工作面前方的地质构造信息； 第Ξ步:理论计算:计算既有铁路干线路基最大允许沉降量，计算公式为[Smax]=W[S]/ L，其中[δ]为铁路轨道允许10m弦量测的最大矢度值，L为量测弦长，W为沉降槽宽度，W=5i，,i为地表沉降槽宽度系数，即沉降槽曲线反弯点至隧道中屯、线的水平距 离，D为隧道直径;Zo为隧道中屯、至地表深度;将计算出的最大允许沉降量与铁路路基下沉 量不超过±3mm的行业标准进行对比，当计算出的最大允许沉降量大于等于行业标准允许 的下沉量时，W行业标准允许的下沉量为准，当计算出的最大允许沉降量小于行业标准允 许的下沉量时，W计算出的最大允许沉降量为准； 第四步:隧道施工： (a) 地表加固处理:隧道施工前，采用地表注浆对既有铁路线进行预加固处理； (b) 超前支护:首先采用大管棚结合小导管对将开挖隧道进行超前注浆支护，再根据现 场地质情况，采用匹配的浅埋暗挖法对隧道进行开挖，在开挖隧道内采用地纵梁将隧道上 方的铁路架空； (C)隧道支护:首先采用错网喷技术对开挖隧道进行初期支护，再进行补充注浆，最后 再进行二次衬搁施工； 第五步:列车限速:基于计算机数值仿真技术，对上行列车行驶过程中由动载荷引发路 基沉降量进行计算，确定列车最大通过时速； 第六步:监控量测:对铁路路基下沉量实时进行监控量测； 第屯步:优化隧道施工:根据监控量测的下沉数据，及时优化隧道施工。2. 按照权利要求1所述的地铁隧道近距离下穿既有铁路干线路基沉降控制方法，其特 征在于:所述第二步中的超前物探方法为电阻率法、瞬变电磁法或地质雷达法。3. 按照权利要求1所述的地铁隧道近距离下穿既有铁路干线路基沉降控制方法，其特 征在于:所述第四步中（b)的超前支护，大管棚在待开挖隧道拱部环向间隔设置，在地铁隧 道与既有铁路干线交叉点前后10m范围内，大管棚环向间距缩短，通过加密方式加强支护效 果。4. 按照权利要求1所述的地铁隧道近距离下穿既有铁路干线路基沉降控制方法，其特 征在于:所述第四步中（C)的隧道支护，在进行二次衬搁施工前，采用地质雷达扫描法对注 浆效果和初期支护背后进行检测。
【文档编号】E21D11/10GK105971611SQ201610353430
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】冀文有, 吕玉凯, 曹树森, 戴亚皎
【申请人】中车建设工程有限公司