[发明专利]一种地铁隧道盾构下穿既有铁路设施的沉降预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种沉降预测方法。特别是涉及一种地铁隧道盾构下穿既有铁路设施的沉降预测方法。

背景技术

近几年来，城市轨道交通的已进入大发展时期，目前我国已经有28个城市的地铁建设项目获得批复，城市轨道交通以其快速、安全、低碳的巨大优势，注定将改变人民的出行方式，成为人民出行方式的首选。在世界各国的城市地下铁道等地下基础设施的建设中，主要釆用盾构法施工。根据日本1991年对东京、大阪等主要城市的统计，在总延长75224米的城市隧道工程中，矿山法的比例占6.1％、盾构法占60.9％、明挖法占33％。目前35个国家和地区的80多座城市修建的290条总长约6000km的地下铁道线路，基本上是利用盾构法施工完成的。盾构作为一种主要的地下空间开发技术，盾构法以其适用范围广；机械化程度高，施工速度快；隧道断面准确；对环境影响时间较短；防水工程施工方便，质量较好等优点已经在我国各个城市地铁建设中得到广泛应用。

为满足人民的出行需要，城市轨道交通与其他交通方式的衔接己经成为城市轨道交通规划中的重要考虑因素。让旅客进出站及换乘其他交通工具的路径最短、最便利，也已经成为国铁站的基本设计理念。目前国铁站都向着立体化交通模式的方向发展，与市政交通实现了无缝连接。由于各种公交方式与国铁站建设时间上的不同步性或规划的不合理性，使得越来越多的城市轨道交通不可避免下穿国铁站。比如，2005年采用矿山法施工的南京地铁1号线南京站下穿南京火车站铁路站场；2006年成都地铁1号线红花-火车北站区间盾构隧道下穿成都火车北站；2009年北京地铁大兴线黄村火车站-义和庄站盾构区间下穿黄村火车站内京沪、京九等12股铁路及站内铁路接触网塔、站台与雨棚、通信发射塔、车站站房、车站派出所等多个建构筑物；2011年长沙地铁2号线锦泰广场站长沙火车站盾构区间下穿京广铁路和长沙火车站等。

新建或改建铁路采用隧道下穿跨越既有铁路和公路的优势十分突出，但隧道施工不可避免的会对既有铁路和公路地基产生扰动，必然会产生不同程度的地层沉降，从而引起既有铁路路基和轨道及既有公路路基和路面产生变形，不仅对铁路施工和周边环境的安全产生不利影响，而且会影响既有线路的安全运营，严重的会造成既有铁路和公路的破坏，引起较大的安全事故和造成较大的经济损失。因此，研究铁路隧道下穿既有道路引起的沉降变形规律和隧道、道路相互作用机理、科学制定新建铁路线下穿既有铁路和公路施工引起的沉降控制标准，通过对新建铁路线下穿既有铁路引起的地表铁路设施的沉降进行预测研究，从而采取相应的沉降控制技术措施和沉降监测控制技术，以减轻、消除和避免由于施工引起地表沉降的不利影响是十分必要的。我国正处于城市轨道交通大发展时期，今后将会有更多的地铁区间隧道穿越既有国铁站，这方面的研究对以后类似工程的设计、施工提供重要的理论及实践指导。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种对工程的设计和施工具有一定指导意义的地铁隧道盾构下穿既有铁路设施的沉降预测方法。

本发明所采用的技术方案是：一种地铁隧道盾构下穿既有铁路设施的沉降预测方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)运用有限元软件中的ABAQUS软件建立土层-路基-铁路结构三维计算模型，计算既有铁路基础及轨道的竖向沉降位移；

2)整理地铁隧道的现场实际下穿施工资料，包括地质条件、施工方法、断面形式及尺寸、埋深以及施工过程中沉降控制指标和沉降实测值数据；结合数值分析的结果，总结归纳地铁隧道下穿施工时隧道开挖对既有铁路基础及轨道的变形影响规律；

3)根据地铁隧道下穿施工时隧道开挖对既有铁路基础的变形影响规律，并基于施工工程中既有铁路变形控制指标体系对轨道静态几何尺寸、动态质量容许偏差管理的规定要求，根据步骤2)中总结归纳出的地铁隧道下穿施工时隧道开挖对既有铁路基础及轨道的变形影响规律对不同隧道埋深、不同开挖方式的既有铁路基础及轨道的变形进行预测，通过预测值与基于施工工程中既有铁路变形控制指标体系中规定的沉降控制指标进行对比，若预测值超过沉降控制指标，则反过来对盾构参数、开挖方式以及开挖埋深进行调整，直至满足控制指标要求；若预测值满足沉降控制指标，则预测合理。

2.根据权利要求1所述的一种地铁隧道盾构下穿既有铁路设施的沉降预测方法，其特征在于，步骤1)中在建立土层-路基-线路结构三维计算模型中要针对不同隧道埋深、不同开挖方式，分别对铁路基础、轨道的变形和应力进行数值计算，分析既有铁路基础及轨道的变形规律。