Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｆｉｎｄｉｎｇｓ ｌ研究成果Ｉ ·３· 某地铁区间穿越陇海铁路地面沉降分析研究 常瑞成 （广州地铁设计研宄院有限公司，广东广州５ｌ００１０） 摘要：文章通过对某盾构区间下穿陇海铁路的实例研究，通过数值计算对地面沉降研究分析，得出盾构区间下穿铁路 的沉降规律及轨道变形规律，并提出隧道下穿既有建筑物的一些针对性技术措施，为类似工程提供参考。 关键词：盾构；下穿：铁路：数值模拟 中图分类号：Ｆ５３０．３ 文献标志码：Ａ 文章编号：２０９６—２７８９（２０１８）０５—０００３—０３ １ 工程概况 某区间隧道采用盾构法施工，隧道外径６．２ｍ，盾构 隧道每环由６块３５０ｍｍ的管片拼装而成。区间隧道穿 越地层为黏质粉土层、细砂层。区间隧道下穿陇海铁路 时，覆土厚度深约ｌ４～１６．２ｍ（见图１～图３）。 陇海铁路是我国东西方向的铁路主干线，为一级铁 路。区间隧道下穿段铁路路基采用填土路基，路基高约 ３．５ｍ。陇海铁路速度目标值２００ｋｍ／ｈ，目前实际运行速 度不大于１６０ｋｍ／ｈ，行车对数约１１５对／日。西南联络 线为莆田西站处由陇海线连接至石武客专高铁线的联络 线，目前实际运行速度１２０ｋｍ／ｈ。 一！ ． 图１陇海铁路现状图 ２ 工程地质与水文地质概况 该区间地貌单元为黄河冲积一级阶地（Ｂ区），地 貌单元为黄河冲积一级阶地，地面基本平坦。 线路位于黄河泛滥平原，地层以第四纪松散沉积物 为主，下伏基岩埋置较深，沿线第四纪覆盖层厚度均大 于５０ｍ。根据地貌的区别，沿线的地层岩性概述如下： 自０．０～７．０ｍ段为全新统（Ｑ４）地层，岩性主要为 杂填土、稍密～中密状态的粉砂地层：７．０，－－４９．０ｍ段为上 更新统（Ｑ３）地层，岩性主要为硬塑状态的粉质粘土、中 密～密实状态的粉土、粉砂、细砂组成：４９．０ｍ以下为中 更新统（Ｑ２）地层，岩性主要为硬塑状态的粉质粘土组成。 ３ 铁路线路轨道变形控制标准 根据《铁路线路修理规则》（铁运［２００６】１４６号）， 结合国内地铁区间下穿铁路的成功经验，因此制定本区 间下穿陇海铁路的轨道变形控制标准为：（１）轨面沉降 值不得超过６ｍｍ；（２）相邻两股钢轨水平高差不得超过 图２区间与陇海铁路平面关系图 ６ｍｍ；（３）相邻两股钢轨三角坑不得超过６ｍｍ。 ４ 区间盾构施工与陇海铁路相互影响分析 ＠ ０ 薯誓 ｜ｌ， 区间由北向南垂直穿越陇海铁路，区间隧道结构顶 与铁路地面最小垂直距离约ｌ６．２ｍ，工程实施在空间上 没有冲突。但是地铁区间盾构施工引起的地表隆沉，可 能对既有陇海铁路造成一定影响，为此特针对两工程间 的相互影响进行研究分析。 ４．１模型的建立 采用ＦＬＡＣ３Ｄ软件对地铁盾构区间下穿陇海铁路段 进行数值模拟计算。根据地铁与铁路的相互关系，建立 的ＦＬＡＣ３Ｄ数值模型（见图４、图５）。 根据地铁的施工工序，数值计算时采取的模拟步骤 为： （１）添加模型边界约束，定义本构模型： （２）定 义材料参数和重力，进行初始地应力平衡； （３）施工 国铁路基：（４）模型位移清零；（５）左线盾构区间施工； （６）右线盾构区间施工。 图３区间与陇海铁路剖面关系图 作者简介：常瑞成（１９８８－），男，工程师，研究方向：岩土 与结构工程。 ４．２计算结果分析 地层位移分析（见图６～图８）。 ．４． Ｊ研究成果Ｉ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｆｉｎｄｉｎｇｓ 至三 ｌ 德。婶 圉 图４三维数值模型 图８双线区间施工完成后地层沉降槽曲面（单位：ｍ） ４．３路基变形及差异沉降分析 盾构隧道开挖引起了地表和盾构隧道上方铁路路基 的沉降，进而引起轨道变形。当左线盾构隧道通过时， 上方铁路轨道发生一定程度的沉降，最大沉降位置基本 位于左线盾构隧道上方，最大沉降值为２．２ｌｌ－ｒｉｍ，沉降 槽呈“Ｖ”形，宽度约为４５ｍ。双线施工完成后轨道最 大变形值较左线施工完成后有所增加，最大沉降值为 ２．９７ｒａｍ。另外，在右线隧道开挖完成后沉降槽的宽度也 有所增加，宽度由原先的４５ｍ增加为５０ｍ，由此可以看 出，右线隧道施工时造成了地层的二次扰动，因此地层 的沉降及轨道的变形有所增加（见图９、图ｌ０）。 图５盾构隧道与铁路的空间位置关系 由于盾构区间施工，会引起地层发生沉降变形，主 要区域集中在区间正上方及两侧的一定范围内。当地铁 左线隧道施工完成后，地表的最大竖向沉降约为６ｍｍ， 当右线隧道施丁完成后即双线隧道施工完成后，地表的 最大竖向沉降约为ｇｒａｍ。 在盾构隧道的掘进过程中，盾构隧道上方地表及既 有铁路路基会发生一定的沉降变形。当盾构隧道施工完 成后，地表会形成“Ｖ”形沉降槽。其范围随着左线盾 构施工逐渐形成，随着右线盾构施工逐渐变大，最终通 过后形成，不再发生变化。沉降最大处￡Ｌ盾构区间的对 称轴与地面的交叉位置。 图９左线隧道施工完成后铁路路基图竖向变形图（单位：ｍ） ｒ— 一 一 图６左线地铁区间施工完成后地层竖向变形图（单位：ｍ） Ｚ 图１０双线隧道施工完成后铁路路基竖向变形图（单位：ｍ） １ ｚ自 ； 隧道施工时会引起地表的沉降变形，从而引起铁路 路基及轨道的沉降变形。由于左右２根轨道的沉降值不 同，从而引起差异沉降，若差异沉降较大，则会对列车 形成安全造成影响。 在左线盾构隧道开挖通过铁路股道的情况下，前后 钢轨的最大差异沉降为０．０ｌｒｌｑｌｍ，在双线盾构隧道开挖 通过铁路股道的情况下，前后钢轨的最大差异沉降为 ０．０２ｒａｍ。差异沉降绝对值较小。说明盾构施ｌＴ引起的 轨道的沉降基本上为均匀沉降，轨道差异沉降均未超过 图７双线地铁区间施工完成后地层竖向变形图（单位：ｍ） ６ｍｍ的沉降限值（见图ｌ１）。 （下转第３３页） Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｆｉｎｄｉｎｇｓ ｌ研究成果ｌ 由优化后的价值流程图和生产流程描述表中可以看出， 由于物料配送，准备时间只有总周期的５．７％，减少了将 近４０％，减少了非增值时间。 （４），明确了飞机部件装配关键流程。 （５）部件装配流程精益优化后的平均周期。 部件装配平均周期由项目启动前的５８天减少到项 目启动后的３６．６天，平均周期提高了３７％（见图２）。 －３３· ４ 结束语 通过运用精益方法对飞机部件装配流程分析优化， 取得了一定的效果。以人为本，从整体和全局出发，以 降低成本和提高质量及效益为目的的创新型科学管理确 实给实践带来了可观的效益。但还有很多方面的优化改 进在短时间内无法实现，如工厂的平面布局改进、整个 工厂和设备的设计改进等。随着工艺优化工作的全面铺 开，精益改进的方法和技术还需要在实际应用中持续改 进、固化和发展。 参考文献： ［１】钱省三．项目管理［Ｍ］．上海：上海交通大学出版社，２００６． ［２］詹姆斯·Ｐ．沃麦克，丹尼尔·Ｔ．琼斯．精益思想［Ｍ］．北京： 商务印书馆。１９９９． ［３］唐姆斯·Ｐ．沃麦克，丹尼尔·Ｔ．琼斯。丹尼尔·鲁斯．改 变世界的机器［Ｍ］．北京：商务印书馆，２０１５． ［４］门田安弘．ＴＯＹＯＴＡ新丰田生产方式［Ｍ］．石家庄：河北大学 出版社．２００８． 图２项目启动后周期及平均周期 （Ｉ－接第４页） 另外，从数值计算分析可以得出，左线盾构区间掘 进引起了原有地层的应力平衡状态，使地层应力发生了 重新分布；当右线盾构区间再次掘进通过铁路范围时， 造成了土体的二次扰动，增大了应力重新分布的范围， 但是盾构区间对地层扰动的范围是有限的。 程中设备无故障。（２）盾构掘进控制。①在到达风险 源前，选择地质条件类似的地段进行试验，通过试验段， 制定合理的盾构施工参数。②加强施工管理。（３）洞 内注浆加固。①同步注浆：同步注浆应及时，注浆量应 在理论空隙的１．５～１．８倍，控制注浆压力。注浆材料 应具有一定的膨胀性。②二次注浆：同步注浆完成后， 根据监测情况及时进行二次注浆。 （４）监控量测。在 盾构区间穿越铁路前５０ｍ、穿越铁路中、穿越铁路后的 １００ｍ过程中，加强地表变形及轨面变形的沉降监测。 根据监测结果，及时调整盾构施工参数，做到信息化施 工。（５）轨面调整准备。盾构施工过程中应与铁路相 关部门保持联系，准备应急物资，做好突发事件的补救 工作。若在施工过程中，轨面沉降值达到３ｍｍ时，应 采取相关措施调整轨面高度，以满足铁路运营安全。（６１ 下穿铁路前做好试验段。由于本段区间地层比较单一， 图１ １双线隧道开挖完成后铁路轨道竖向沉降曲线 具有可比性，因此要求在到达风险源前，选择地质条件 类似的地段进行试验，通过试验段，制定合理的盾构施 工参数，各参数应具有实施效果对比记录，选择地面沉 降最小时的盾构掘进参数，确保盾构通过风险源时为最 优参数。 ５ 区间盾构穿越陇海铁路技术措施 由于目前国内盾构掘进水平已经大幅度提高，在控 制地面沉降方面已经有足够的经验和技术，所以通过加 强同步注浆及二次注浆的措施可以将铁路路基变形控制 在允许的范围内。 （１）通过前的准备工作。盾构机在距离铁路下方 ２０ｍ时，加强设备维修，进行刀盘、注浆系统、密封系 统、推进千斤顶及监控系统等设备的检修，确保穿越过 参考文献： ［１］郑明新，吴勇，黄文君等．盾构下穿铁路框架桥中路面沉 降变形规律分析［Ｎ］．西安理工大学学报：２０１５．１． ［２］张迪，周庆九，卓旭阳等．大型盾构隧道穿越铁路框架桥 的影响分析［Ｎ］．现代隧道技术：２０１３．６．
