既有铁路隧道受公路桥梁近接施工影响分析

既有铁路隧道受公路桥梁近接施工影响分析

陈连喜

湖南交通国际经济工程合作有限公司 湖南长沙 410000

摘要：公路桥梁建设是一项复杂的建设工程。结合理论和实际案例分析，给出了施工建设的影响分区，以及各种因素对当地建设的影响。在建造和运营新桥梁桩时，对现有隧道的影响最小；然而，对于桥梁桩，必须采用控制梁设计，以减少现有隧道的干扰。以云南某大桥工程为例：（1）结合围岩和土体的实际破坏过程，介绍了极限应变准则。假定围岩和土体在达到塑性剪应变极限后将发生破坏，失去承载能力。两条隧道之间岩土边界塑性剪切应变带的连接以岩土破坏为特征。以此过程作为有限元强度折减法安全系数的计算准则，通过迭代计算得到安全系数。（2） 以安全系数作为两条隧道相邻施工的影响指标，采用基于极限应变准则的强度折减法，得到不同内力的单个隧道在不同工况下平行于隧道的安全系数；比较正交近似设计的总体安全系数，确定强影响范围，利用围岩参数的上下限，分析了一定围岩水平以下隧道引道施工的弱影响范围和无影响范围，并结合近似力学原理分析了影响范围的规律；（3） 分析不同的覆盖跨度比（H或D）不同的相对维度（D数D）；作为计算依据，确定了不同围岩等级对影响范围的影响规律，以及不同影响因素与施工影响邻近区域之间的功能变化关系；考虑到工程的实际工况是多个因素的共同作用，建立了基于BP神经网络的隧道引道施工影响范围预测模型，建立了训练集和比较集。在保证精度的前提下，可预测不同工况下隧道近距离的影响范围；详细分析了新建桥梁施工对既有隧道的影响。

关键词：既有铁路隧道；公路桥梁；近接施工

引言：

随着中国交通运输业的快速发展，铁路网不断地被压实和交叉，这也使得新建桥梁时，新建线路和既有专用线的建设平行或横向；钻孔桩承台、墩梁施工和铁路隧道的质量直接影响到人们的正常生活。尽管中国在分析相邻高速公路桥梁施工对既有铁路隧道的影响方面取得了一些成功，但仍有一些问题和不足需要解决。在新时期，我们需要加强高速公路桥梁相邻施工对既有铁路隧道影响的分析。

一、必要性

隧道施工是通过特定的施工过程或机械过程实现的。近距离施工的影响具有有限范围的规律，即仅限于某一区域。这种特性是通过限制施工后围岩应力重新分布来确定的。通过研究这些力学行为的机理，并为研究和分析建立适当的力学模型，就有可能理解不断变化的复杂地下工程的特写所引起的相互作用。

二、近接施工的分类和影响范围的划分

日本在近接施工中，将既有结构的铁路隧道与新建工程的位置关系划分为不同类型，并规定了相应的影响范围作为设计和施工基准，对指导引桥施工具有一定的参考价值。对指导引桥施工具有一定的参考价值。根据近似工程的分类以及现有隧道和新隧道之间的间隔，近似程度分为：无影响区域、关注区域和拟采取的行动范围。此处所谓的“间隔”是指现有隧道衬砌外缘至相邻项目的最小距离。隧道的外径用于评估邻近性。很难预测上部开挖对现有隧道的不同影响条件，但除了在非常狭窄的区域（在隧道外径范围内）和较宽的区域（例如距离隧道中心45°的线路外）进行开挖外，在正常范围内开挖时，会发生变形和向开挖侧位移。

三、实例分析

3.1案例概述

云南某县城区西北出口道路工程是该县城区连接其他高速公路的西北面出口之一，是该县公路网络的有益补充。该县的A大桥双向八车道，左右分离；与铁路交角约75°5220，该桥左幅3号桥墩采用扩大基础，距离隧道水平距离11.62m，垂直距离23.985m；左幅4号桥墩采用桩基，距离隧道水平距离13.21m，垂直距离4.623m；右幅4号桥墩采用扩大基础，距离隧道水平距离10.98m，垂直距离24.84m；右幅5号桥墩采用桩基，距离隧道水平距离14.13m，垂直距离10.678m。

3.2经验法对既有隧道影响分析

3.2.1桥台开挖影响范围分析

新建公路A大桥上跨既有大洼头一号隧道，A大桥左幅3号桥墩，右幅4号桥墩，均采用扩大基础，边坡开挖将要对山体进行深6m，宽8.75m，长35.7m的基坑开挖。根据隧道上部开挖接近度划分和隧道侧面开挖接近度划分，可得出A大桥施工对既有大洼头一号隧道K168+640~K168+802段有影响。

3.2.2桩基施工影响范围分析

尽管爆破安全规程）(GB6722-2003）给出交通隧道的安全振动速度可以取I0cm/s-2Ocmls，考虑到水红铁路列车对振动的严格要求，隧道交叉段采用锚喷衬砌，并结合本工程的现场地质条件，以及国内并无铁路附近施工的相关规程，查阅相关研究文献，桥梁上跨铁路隧道段设计中确定爆破震动安全允许振速为2cm/s。

3.2.3结论

A大桥施工对既有大洼头一号隧道的结构及运营有一定的影响，其中桥桩爆破施工时，对既有大洼头一号隧道受影响K168+627~K168+707段80m进行控制爆破施工。

3.3数值模拟对既有隧道影响分析

利用有限元MIDAS-GTS软件建立二维模型。横向9Om；竖向到铁路隧道底面以下30m，竖向上方为地面。模型约束；两侧受水平约束，底面受竖向约束，顶面不约束。模型中铁既有路隧道衬砌采用弹性梁单元模拟，地层采用2D单元模拟，围岩本构方程采用M-C弹塑性非线性本构模型，计算模型并做出分析以及合理编制出隧道衬砌混凝土和地层的物理力学参数。

3.3.1施工阶段计算结果分析

根据开挖顺序，将调查施工期间桥台和桥桩的围岩和隧道结构的力学行为。计算分析还区分了模型的竖向位移分布、既有隧道的主应力分布和围岩的塑性应变分布。根据数值模拟计算结果，既有隧道拱部将产生向上位移，底板也向上隆起；从分布趋势来看，最大上浮及隆起量均发生在拱部，向隧道底板位置方向逐渐减小；但整个隧道位移量值均较小，最大处不足0.5mm。从应力分布方面来看，隧道结构的最大拉应力仅为0.O5MPa，最大压应力为0.55MPa，均较小，未达到破坏程度；在塑性应变方面，既有铁路隧道洞周没有出现明显塑性区。可得出桥台及桥桩的施工对既有隧道影响较小。

3.3.2运营阶段计算结果分析

以最不利路段为例，大洼头1号隧道与高速公路交叉口处衬砌结构各特征点的张力也不同。通过对铁路隧道覆层混凝土结构典型断面的应力测试计算可知，新建桥桩施工和公路运营对既有铁路隧道的影响较小，安全系数较大；既有隧道结构的承载力原则上不变，既有隧道结构衬砌厚度的安全系数满足安全要求。

3.4爆破分析

新建高速公路在既有隧道上方爆破时对既有隧道影响最大，因此可取交叉处既有铁路隧道断面质点的振动情况来进行考察。根据爆破时程分析结果（一次起爆装药量Q=1.5kg)，在计算过程中分别给出了当桥桩开挖在既有铁路隧道侧面爆破施工时拱顶、墙腰、墙脚以及底板处的质点振速时程曲线。

由计算可知，桥桩在隧道侧面爆破施工时，既有隧道垂直方向受到的影响较大，最大振速达18.67cmis；水平方向振速相对较小，最大振速位于墙脚位置的垂直方向。为满足爆破震动速度控制值2cmls的要求，桥桩施工应进行控制爆破施工。

3.5结果分析

在A大桥上跨水红铁路大洼头一号隧道的工程中，充分运用了上跨桥梁接近施工影响性分析的预测结果，在施工过程中，对位于交叉段基岩的桥桩施工采取了控制爆破开挖。B桥对既奋隧道奋影响的桥桩已经顺利安全施工完成，说明了进行影响分析后所采取的工程必理措施的正确性和可行性。

五、结束语

以上表明，公路桥梁的施工对既有铁路隧道有重要影响。由于邻近隧道的设计多种多样，公路桥梁施工对现有隧道影响的定量分析有时很困难，并且没有适用于每种行为模式的可靠分析方法。因此，在以后的公路桥梁施工中，应根据实际情况设计合理的方案。

参考文献

[1]刘洋,丁祥.既有铁路隧道受公路桥梁近接施工影响分析[J].中国科技信息,2014(13):75-78.

[2]钟彦之.新建高速公路隧道下穿既有铁路隧道施工影响分析[J].四川建筑,2021,41(06):98-100+104.