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(fā)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(zhì)勘察→超前物探→理論計(jì)算→隧道施工→列車限速→監(jiān)控量測(cè)→優(yōu)化隧道施工共七個(gè)步驟，構(gòu)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(zhì)構(gòu)造情況，再依據(jù)理論計(jì)算，精確掌握最大允許下沉量，從而有針對(duì)性的采用施工措施，達(dá)到施工人員與機(jī)械最優(yōu)配置，同時(shí)通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬方法，分析上行列車車速產(chǎn)生的動(dòng)載荷對(duì)路基沉降量的影響，提出列車限速要求，最后進(jìn)行鐵路路基下沉量監(jiān)測(cè)，依據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)優(yōu)化施工工藝。優(yōu)化資源配置，提高工效，保證安全質(zhì)量，降低施工成本，減小上行列車行駛產(chǎn)生的動(dòng)荷載對(duì)鐵路路基下沉量不良影響。
【專利說(shuō)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(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及工程施工技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)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(shù)】
[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(duì)既有鐵 路線進(jìn)行預(yù)加固處理，采用大管棚、中管棚和小導(dǎo)管對(duì)隧道進(jìn)行超前注漿支護(hù)，再對(duì)隧道進(jìn) 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(wěn)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(zhì)勘察的重要性，較少設(shè)及超前地質(zhì)物探，無(wú)法提前獲取局部地 質(zhì)異常信息并采取對(duì)應(yīng)施工措施；
[0005] (3)未精確計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)鐵路線路基理論最大允許下沉量；
[0006] (4)未考慮上行列車動(dòng)荷載對(duì)鐵路線路基沉降值的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)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(shù)體系，全面、及 時(shí)、準(zhǔn)確地掌握工作面前方地質(zhì)構(gòu)造特征，從而優(yōu)化資源配置，提高工效;科學(xué)計(jì)算典型鐵 路線路基最大允許下沉量，在確保安全質(zhì)量的前提下，最大程度節(jié)約施工成本;限制上行列 車行駛速度，減小動(dòng)荷載對(duì)鐵路路基下沉量的影響。
[000引為此，本發(fā)明所采用的技術(shù)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(zhì)勘察；
[0010] 第二步:超前物探：：在常規(guī)地質(zhì)勘察的基礎(chǔ)上，輔助W工作面超前物探方法，達(dá)到 全方位、無(wú)死角地掌握工作面前方的地質(zhì)構(gòu)造信息；
[0011] 第Ξ步:理論計(jì)算:計(jì)算既有鐵路干線路基最大允許沉降量，計(jì)算公式為[Smax] =W
[S]/L，其中[δ]為鐵路軌道允許10m弦量測(cè)的最大矢度值，L為量測(cè)弦長(zhǎng)，W為沉降槽寬度，W
i為地表沉降槽寬度系數(shù)，即沉降槽曲線反彎點(diǎn)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(jì)算出的最大允許沉降量與鐵路路 基下沉量不超過(guò)± 3mm的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)計(jì)算出的最大允許沉降量大于等于行業(yè)標(biāo) 準(zhǔn)允許的下沉量時(shí)，W行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)允許的下沉量為準(zhǔn)，當(dāng)計(jì)算出的最大允許沉降量小于行業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)允許的下沉量時(shí)，W計(jì)算出的最大允許沉降量為準(zhǔn)；
[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(duì)既有鐵路線進(jìn)行預(yù)加固處理；
[0014] (b)超前支護(hù):首先采用大管棚結(jié)合小導(dǎo)管對(duì)將開挖隧道進(jìn)行超前注漿支護(hù)，再根 據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況，采用匹配的淺埋暗挖法對(duì)隧道進(jìn)行開挖，在開挖隧道內(nèi)采用地縱梁將隧 道上方的鐵路架空；
[0015] (C)隧道支護(hù):首先采用錯(cuò)網(wǎng)噴技術(shù)對(duì)開挖隧道進(jìn)行初期支護(hù)，再進(jìn)行補(bǔ)充注漿， 最后再進(jìn)行二次襯擱施工；
[0016] 第五步:列車限速:基于計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真技術(shù)，對(duì)上行列車行駛過(guò)程中由動(dòng)載荷引 發(fā)路基沉降量進(jìn)行計(jì)算，確定列車最大通過(guò)時(shí)速；
[0017] 第六步:監(jiān)控量測(cè):對(duì)鐵路路基下沉量實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)；
[0018] 第屯步:優(yōu)化隧道施工:根據(jù)監(jiān)控量測(cè)的下沉數(shù)據(jù)，及時(shí)優(yōu)化隧道施工。
[0019] 作為上述方案的優(yōu)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(zhì)雷達(dá)法，均為常用的超前物探法。
[0020] 進(jìn)一步，所述第四步中（b)的超前支護(hù)，大管棚在待開挖隧道拱部環(huán)向間隔設(shè)置， 在地鐵隧道與既有鐵路干線交叉點(diǎn)前后10m范圍內(nèi)，大管棚環(huán)向間距縮短，通過(guò)加密方式加 強(qiáng)支護(hù)效果。
[0021] 所述第四步中（C)的隧道支護(hù)，在進(jìn)行二次襯擱施工前，采用地質(zhì)雷達(dá)掃描法對(duì)注 漿效果和初期支護(hù)背后進(jìn)行檢測(cè)，保證質(zhì)量，有效控制鐵路路基后期沉降。
[0022] 本發(fā)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(shù)體系;可W優(yōu)化資源配置，提高工效;既保證安全質(zhì)量，又能夠最大程度降低施工成本； 減小上行列車行駛產(chǎn)生的動(dòng)荷載對(duì)鐵路路基下沉量不良影響。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1是本發(fā)明進(jìn)行第四步的超前支護(hù)后的效果圖。
[0024] 圖2是本發(fā)明進(jìn)行第四步的隧道支護(hù)后的效果圖（省略小導(dǎo)管）。
[0025] 圖3是本發(fā)明進(jìn)行第Ξ步理論計(jì)算時(shí)沉降槽寬度中各參數(shù)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面通過(guò)實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)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(zhì)勘察^ 超前物探^理論計(jì)算^隧道施工^列車限速^監(jiān)控量測(cè)^優(yōu)化隧道施工共屯個(gè)步驟，構(gòu)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(zhì)構(gòu)造情況，再依據(jù)理論計(jì)算，精確掌握最大允許下沉量，從而有針對(duì)性的采用施工措 施，達(dá)到施工人員與機(jī)械最優(yōu)配置，同時(shí)通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬方法，分析上行列車車速產(chǎn)生的動(dòng) 載荷對(duì)路基沉降量的影響，提出列車限速要求，最后進(jìn)行鐵路路基下沉量監(jiān)測(cè)，依據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù) 據(jù)，及時(shí)優(yōu)化施工工藝。
[0028] 第一步:地質(zhì)勘察:沿待勘察路線間隔一定距離鉆孔并進(jìn)行地質(zhì)勘察，為常規(guī)的地 質(zhì)勘察方法，在大范圍內(nèi)對(duì)地質(zhì)構(gòu)造信息進(jìn)行一個(gè)相對(duì)粗略的了解。
[0029] 第二步:超前物探：W地質(zhì)勘察的鉆孔為中屯、，進(jìn)行一定半徑范圍內(nèi)的超前物探。 在常規(guī)地質(zhì)勘察的基礎(chǔ)上，輔助W工作面超前物探方法，達(dá)到全方位、無(wú)死角地掌握工作面 前方的地質(zhì)構(gòu)造信息達(dá)到全方位、無(wú)死角地掌握工作面前方的地質(zhì)構(gòu)造信息。超前物探相 比資質(zhì)勘察，由于在小范圍內(nèi)進(jìn)行，探測(cè)地質(zhì)構(gòu)造信息更精確，既保證安全施工，又可W合 理調(diào)配資源。常規(guī)地質(zhì)勘察都是間隔一定距離進(jìn)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(bǔ)該方面的不足。地鐵隧道沿途差異性很大，如出現(xiàn)斷 層、裂隙、水和有害氣體瓦斯等異常地質(zhì)情況，僅依靠地質(zhì)勘察無(wú)法準(zhǔn)確掌握待開挖路段的 地質(zhì)構(gòu)造信息。假設(shè)不進(jìn)行超前物探，在隧道施工過(guò)程中出現(xiàn)漏水等異常現(xiàn)象，再返回進(jìn)行 地質(zhì)勘察，既浪費(fèi)時(shí)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(zhì) 雷達(dá)法等。
[0030] 第Ξ步:理論計(jì)算:計(jì)算既有鐵路干線路基最大允許沉降量，計(jì)算公式為[Smax]=W [S]/L，其中[δ]為鐵路軌道允許10m弦量測(cè)的最大矢度值，L為量測(cè)弦長(zhǎng)，W為沉降槽寬度，W =5i
,i為地表沉降槽寬度系數(shù)，即沉降槽曲線反彎點(diǎn)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(shù)的獲取如圖3所示?！惰F路線 路維修規(guī)則》中規(guī)定，列車時(shí)速小于等于120Km/h時(shí)，正線到發(fā)線的線路軌道前后高低差用L =10m弦量測(cè)，最大矢度值[δ]不應(yīng)超過(guò)4mm。
[0031] 現(xiàn)目前，鐵路路基下沉量采用不超過(guò)± 3mm的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，鑒于該數(shù)值有時(shí)與現(xiàn) 場(chǎng)實(shí)際差異較大，因此，將計(jì)算出的最大允許沉降量與鐵路路基下沉量不超過(guò)±3mm的行業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)計(jì)算出的最大允許沉降量大于等于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)允許的下沉量時(shí)，W行業(yè)標(biāo) 準(zhǔn)允許的下沉量為準(zhǔn)，當(dāng)計(jì)算出的最大允許沉降量小于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)允許的下沉量時(shí)，W計(jì)算 出的最大允許沉降量為準(zhǔn)。
[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(duì)既有鐵路線進(jìn)行預(yù)加固處理。
[0034] (b)超前支護(hù):首先采用大管棚1結(jié)合小導(dǎo)管2對(duì)將開挖隧道進(jìn)行超前注漿支護(hù)，再 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況，采用匹配的淺埋暗挖法對(duì)隧道進(jìn)行開挖，在開挖隧道內(nèi)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(hù)采用大管棚結(jié)合小導(dǎo)管對(duì)將開挖隧道進(jìn)行超 前注漿支護(hù)，并采用匹配的淺埋暗挖法對(duì)隧道進(jìn)行開挖，是隧道施工中常用的超前支護(hù)方 法，在此不再寶述。最好是，大管棚在待開挖隧道拱部環(huán)向間隔設(shè)置，在地鐵隧道與既有鐵 路干線交叉點(diǎn)前后10m范圍內(nèi)，大管棚環(huán)向間距縮短，大管棚設(shè)置得更加密集，通過(guò)加密方 式加強(qiáng)支護(hù)效果。
[0035] (C)隧道支護(hù):首先采用錯(cuò)網(wǎng)噴技術(shù)對(duì)開挖隧道進(jìn)行初期支護(hù)4,再進(jìn)行補(bǔ)充注漿， 最后再進(jìn)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(cuò)桿6、噴射混凝 ±、鋼筋網(wǎng)片相結(jié)合的方式進(jìn)行初期支護(hù)，統(tǒng)稱為錯(cuò)網(wǎng)噴技術(shù)，屬于現(xiàn)有技術(shù);初期支護(hù)完 成1-2環(huán)后，應(yīng)立即進(jìn)行補(bǔ)充注漿，避免初支后有空隙或不密實(shí)現(xiàn)象。最好是，在進(jìn)行二次襯 擱施工前，采用地質(zhì)雷達(dá)掃描法對(duì)注漿效果和初期支護(hù)背后進(jìn)行檢測(cè)，保證質(zhì)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(dǎo)管2,是為了避免小導(dǎo)管2影響砂漿 錯(cuò)桿6的展示效果。
[0036] 第五步:列車限速:基于計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真技術(shù)，對(duì)上行列車行駛過(guò)程中由動(dòng)載荷引 發(fā)路基沉降量進(jìn)行計(jì)算，確定列車最大通過(guò)時(shí)速，該技術(shù)為成熟技術(shù)，可W購(gòu)買仿真分析軟 件獲得列車最大通過(guò)時(shí)速。
[0037] 第六步:監(jiān)控量測(cè):對(duì)鐵路路基下沉量實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)。
[0038] 第屯步:優(yōu)化隧道施工:根據(jù)監(jiān)控量測(cè)的下沉數(shù)據(jù)，及時(shí)優(yōu)化隧道施工。
【主權(quán)項(xiàng)】
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(zhì)勘察； 第二步:超前物探:在常規(guī)地質(zhì)勘察的基礎(chǔ)上，輔助W工作面超前物探方法，達(dá)到全方 位、無(wú)死角地掌握工作面前方的地質(zhì)構(gòu)造信息； 第Ξ步:理論計(jì)算:計(jì)算既有鐵路干線路基最大允許沉降量，計(jì)算公式為[Smax]=W[S]/ L，其中[δ]為鐵路軌道允許10m弦量測(cè)的最大矢度值，L為量測(cè)弦長(zhǎng)，W為沉降槽寬度，W=5i，,i為地表沉降槽寬度系數(shù)，即沉降槽曲線反彎點(diǎn)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(jì)算出的最大允許沉降量與鐵路路基下沉 量不超過(guò)±3mm的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)計(jì)算出的最大允許沉降量大于等于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)允許 的下沉量時(shí)，W行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)允許的下沉量為準(zhǔn)，當(dāng)計(jì)算出的最大允許沉降量小于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)允 許的下沉量時(shí)，W計(jì)算出的最大允許沉降量為準(zhǔn)； 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(duì)既有鐵路線進(jìn)行預(yù)加固處理； (b) 超前支護(hù):首先采用大管棚結(jié)合小導(dǎo)管對(duì)將開挖隧道進(jìn)行超前注漿支護(hù)，再根據(jù)現(xiàn) 場(chǎng)地質(zhì)情況，采用匹配的淺埋暗挖法對(duì)隧道進(jìn)行開挖，在開挖隧道內(nèi)采用地縱梁將隧道上 方的鐵路架空； (C)隧道支護(hù):首先采用錯(cuò)網(wǎng)噴技術(shù)對(duì)開挖隧道進(jìn)行初期支護(hù)，再進(jìn)行補(bǔ)充注漿，最后 再進(jìn)行二次襯擱施工； 第五步:列車限速:基于計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真技術(shù)，對(duì)上行列車行駛過(guò)程中由動(dòng)載荷引發(fā)路 基沉降量進(jìn)行計(jì)算，確定列車最大通過(guò)時(shí)速； 第六步:監(jiān)控量測(cè):對(duì)鐵路路基下沉量實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)； 第屯步:優(yōu)化隧道施工:根據(jù)監(jiān)控量測(cè)的下沉數(shù)據(jù)，及時(shí)優(yōu)化隧道施工。2. 按照權(quán)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(zhì)雷達(dá)法。3. 按照權(quán)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(hù)，大管棚在待開挖隧道拱部環(huán)向間隔設(shè)置，在地鐵隧 道與既有鐵路干線交叉點(diǎn)前后10m范圍內(nèi)，大管棚環(huán)向間距縮短，通過(guò)加密方式加強(qiáng)支護(hù)效 果。4. 按照權(quán)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(hù)，在進(jìn)行二次襯擱施工前，采用地質(zhì)雷達(dá)掃描法對(duì)注 漿效果和初期支護(hù)背后進(jìn)行檢測(cè)。
【文檔編號(hào)】E21D11/10GK105971611SQ201610353430
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月25日
【發(fā)明人】冀文有, 呂玉凱, 曹樹森, 戴亞皎
【申請(qǐng)人】中車建設(shè)工程有限公司