浅埋铁路隧道下穿高速公路施工沉降分析.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 03 日 作者简介：肖学龙(1989），男，汉族，江西吉安人，本科学历，工程师，道路桥梁专业。-107-浅埋铁路隧道下穿高速公路施工沉降分析 肖学龙 中铁二十一局集团第四工程有限公司，陕西 西安 710000 摘要：摘要：浅埋铁路隧道下穿高速公路的施工沉降分析工程评估任务的主要目的是确保在隧道施工过程中最小化地面沉降，以维护高速公路的安全性、稳定性和正常运行。详细看来，这项工程任务涉及到多个复杂的因素，包括地质条件、土壤岩性、地下水位、高速公路行车振动以及施工过程中的诸多因素。而施工沉降的控制对于保障基础设施安全，确保交通系统正常运转具有十分重要的意义。关键词：关键词：浅埋；铁路隧道；高速公路；施工沉降 中图分类号：中图分类号：U455 0 引言 在城市化蓬勃发展的潮流中，浅埋铁路隧道穿越高速公路的工程如雨后春笋般涌现，为城市交通系统改善和铁路网络扩展注入迫切需求。然而，这一工程所带来的地面沉降问题日益显著，成为需要深入研究和解决的核心难题。地面沉降的潜在影响不仅涉及高速公路结构，更波及周边环境的稳定，以及整体交通系统的运行效能。1 防止浅埋铁路隧道施工沉降的重要性 1.1 保障交通安全 保障交通安全是在浅埋铁路隧道下穿高速公路施工作用中较为突出的一环。高速公路的稳定运行对地面平稳性提出严格要求，而太大的施工沉降有可能会导致道路破裂、沉降等各种问题，从而会直接威胁到行车的安全。主要我们注意的是，这种安全风险不仅仅涉及驾驶者和乘客的生命财产安全，还关乎着整个交通系统的稳定性。详细来说，道路破损和沉降可能引发交通事故，导致交通堵塞，甚至对城市的经济和社会生活产生不可逆转的影响。所以，通过有效的施工沉降控制措施，不仅可以确保高速公路的平稳运行，还能维护整个交通系统的顺畅，为城市交通安全和可持续发展奠基。从施工过程来看，施工前的详细分析和科学规划是实现这一目标的前提，平衡着工程建设和交通安全之间的紧密关系。1.2 减少结构损害 高速公路桥梁、隧道等建筑结构的稳定性更是直接关系到它们的使用寿命和安全性。施工引起的过大沉降很有可能会导致这些建筑结构发生变形、裂缝或破坏等，进而影响其整体结构强度和承载能力。这种结构损害不仅会增加维修和维护成本，同样有可能会危及行车安全，引发更加严重的交通事故。因此，采取有效的施工沉降控制措施对于保护高速公路桥梁和隧道等建筑结构的完整性来说尤其关键。通过更为细致的工程规划和科学的施工管理及施工工艺，可以最小化沉降引起的结构变形，确保建筑结构在施工过程中不受到严重破坏。这是提高交通基础设施的可持续性和安全性又一办法。1.3 降低环境影响 在浅埋铁路隧道下穿高速公路的施工中，过大的施工沉降极有可能直接导致土地沉降，对周边生态环境业造成一些负面的影响。这种土地沉降可能影响植被生长、地下水系统和土壤质量，对自然生态平衡也产生负面影响。在施工过程中，相关工作人员应采取有效的控制措施来降低施工沉降对周边环境的负面影响。通过综合运用环境保护技术和科学规划，同样可以最小化对土地生态系统的破坏，也确保施工过程对周边环境的最小侵害。这样的环保做法能够帮助工程建设与自然环境的和谐共存。所以，在规划和执行过程中，相关工作人员需要充分考虑环保因素，为社会提供更加可持续的交通基础设施。2 导致浅埋铁路隧道施工沉降的主要因素 2.1 铁路隧道的开挖面积 在铁路隧道工程中，我们首要关注的是开挖面积这一关键因素。这个看似普通的参数实际上会对地面中国科技期刊数据库 工业 A-108-沉降产生深远影响，而这一问题的复杂性可能引发一系列难以预测的后果。隧道开挖面积的放大可能带来的是土体的丧失稳定，土体的沉降、滑动或塌陷，这些都可能发生在周边地区，直接威胁到地质的稳定性。随着地面沉降不断加剧，建筑物的基础可能会发生位移或者变形，从而导致结构上的损害，不仅影响其安全性，也动摇着它的稳定性。而更为严重的是，地下管线和其他基础设施也无法幸免于沉降的影响。这可能导致管线的破裂或者损坏，进而带来环境和安全方面的风险。同时，大面积开挖也可能引发土体水分的不均匀运移，导致地下水位的变化，进一步加剧了沉降问题。这种连锁反应对于周边的生态环境和地下水系统都可能产生长期不可逆转的负面影响。2.2 超前地质预报施作不及时或不准确的影响 超前地质预报在很大程度上影响着工程的效率，若在施工过程中，对地质状况的预报不及时或准确性欠佳，并未及时验证掌子面前方的实际地质条件，可能导致施工参数难以及时调整，从而使施工段落的沉降愈发严重，对下穿段落结构的整体使用性能造成较大冲击。因此，针对浅埋隧道下穿结构物的情况，通常会运用地质调查法、物探法、超前钻探法等手段，对掌子面前方的地质条件进行核实和预测，以便及时调整工程措施，防范施工突发灾害对结构安全的潜在威胁。所以，超前地质预报的重要性不可低估，其不足可能引发的问题更是需要通过科学手段和更全面的认知来规避。2.3 施工地点土壤岩性的影响 不同类型的土壤和岩石对施工沉降的敏感性是不同的，与其他类型相比，软弱土壤会更加容易发生沉降，继而引发一系列严重问题。这是因为软弱土壤通常具有较差的承载能力和稳定性，其水分运移性较高，容易受到施工挖掘的影响而发生沉降。这种沉降可能导致地表下沉、土体压缩和变形，最终会引发建筑物、道路和其他基础设施的结构损害。另外，软弱土壤的沉降同样有可能对地下管线产生负面影响，导致管道破裂或移位，引发其他安全隐患和环境问题。因此，在沉降较为敏感的土壤岩性下施工，如果未采取适当的工程措施，可能会导致长期性、难以修复的地基沉降问题，影响到周边区域的稳定性和安全性。2.4 地下水的影响 在施工过程中，地下水位的变化复杂而关键，它会对土壤的稳定性产生直接影响，进而显著影响工程施工中的沉降问题。如果地下水位升高，土壤颗粒间的支撑作用就会减弱，接着土体的承载能力下降，因而增加了地面沉降的风险。高地下水位也有可能引发土体的液化，导致土壤流动性的增加，进而造成地表下陷。而地下水位的降低则可能引发土壤干燥和收缩，同样导致地面沉降。这些沉降问题不仅可能对铁路隧道和高速公路造成影响，还可能对周边建筑物、管线等基础设施造成一些潜在的危害。2.5 高速公路行车的影响 高速公路车辆行驶所带来的振动，或许在施工过程中对土壤和地基的稳定性产生显著的冲击。振动由车辆引发，传导到地下，可能导致土体颗粒重新排列，引起沉降现象。这种振动导致的沉降不仅仅在施工现场造成影响，还可能扩散至周边地区，对道路、建筑物和其他基础设施构成潜在的危害。施工过程中，振动引发的沉降可能导致施工现场土体的密度减小，土壤的承载能力下降，进而增加地面沉降的风险。这是一场挑战，我们需要在施工中时刻保持警觉，调整措施以应对可能的地质风险。对于浅埋铁路隧道下穿高速公路的工程而言，这可能对结构的稳定性和地基的完整性带来负面影响。2.6 施工因素的影响 地面沉降的发生和程度直接取决于施工方法、设备选择和操作，以及施工时间等因素。施工操作的不慎极有可能导致地面沉降的不均匀分布，尤其是在敏感土壤和高地下水位区域，这些风险会更加突出。选择适当的施工时间也是相关工作人员需要注意的一项，尤其是在高交通流量时段进行挖掘和施工可能引发高速公路行车的振动，增加地面沉降的风险。在工程的舞台上，施工因素的不同选择和操作，时刻牵动着地下的变化。深入研究这些因素，能够更好地理解地面沉降背后的复杂机制。3 控制浅埋铁路隧道施工沉降的有效措施 3.1 地质条件进行综合调查 在面对地下的未知情况时，我们需要进行综合的地质条件调查。对于土壤类型，我们可以选择运用土样采集与分析的方法，通过深入研究土壤的物理和力中国科技期刊数据库 工业 A-109-学性质，以揭示土壤的稳定性和承载能力。当发现施工区域存在软弱土壤时，可以引入搅拌桩技术，运用注浆与振动的手段，将松散的土体转化为坚实的桩体，从而提升土体的稳定性。在岩层特征的详细研究，我们必须逐步深入到地质的层层深度。通过岩芯钻探等手段，获取地下岩石的关键信息。了解岩石的硬度、透水性等特性，这对于选择合适的隧道开挖方法是非常重要的。在硬岩层，可以使用盾构机这一高效工具，既能提高施工效率，又能减少地面沉降。同时，对于地下的构造特征。通过地震勘测、电阻率勘测等前沿方法，可以描绘出地下层次的立体结构图，从而揭示潜在的地质隐患。在面对地质的复杂性的情况下，需要引入合理的隧道支护方案，如植筋喷锚和预应力锚索，以确保施工的安全进行。以砂岩和粘土夹层区域为例，我们选择了土体加固的方法，采取土钉墙的措施。通过在土体中插入钢筋，再注入混凝土，形成坚固的土钉墙，有效增加土体的抗剪强度，从而减轻地下水对土体的潜在影响。这如同是在地下战场上，我们需要通过巧妙的支护方案，战胜地质环境的多变和不确定性。3.2 合理的施工技术 在进行浅埋铁路隧道下穿高速公路的工程时，一种常见的施工技术是隧道盖板法，通过在地表铺设盖板，局部支撑地面，减缓对地下土体的影响。这种方法能够有效地分散施工引起的地面负荷，降低沉降的程度。在盖板的选择和布置上，相关工作人员需要根据地质情况和工程要求进行合理设计，以最大程度地保护地面的稳定性。另一种同样常用的施工技术是冻结法。此种方法是通过在施工区域周边注入冷却剂，冻结土体，形成冻结墙，有效地减少土体的沉降。这种方法在处理软弱土壤和高地下水位区域时效果较好。冻结法可以在一定程度上稳定土体，减轻地面沉降的风险。然而，冻结法的实施需要充分考虑环境和安全因素，确保不会对周边生态和基础设施产生太大的影响。在选择施工技术时，我们需综合考虑工程的地质条件、地下水位、周边环境等多个因素，有效提高工程的施工效率和安全性。3.3 地下水位的控制 地下水位的控制在浅埋铁路隧道下穿高速公路工程中扮演着举足轻重的角色。通过巧妙设计排水系统，我们能够减小水位变化对土壤稳定性的冲击，确保在施工过程中地下水的巧妙管理。在施工前的准备环节，我们需要在挖掘深埋之前，深入研究地下水位的季节性变化趋势。规划在较低水位时的关键工序，尽可能避开高水位时段进行挖掘和施工，这有助于降低地下水对土壤的潜在影响。在设计和实施排水系统的手段时，我们需要将目光聚焦在技术的创新。地下渗水井通过水泵的运作，降低地下水位，维持适宜的水位。而沉井的设立，则通过沉井孔的巧妙设置，收集并控制性地排放地下水，调控地下水位的升降。同时，建立地下水位监测系统，实时追踪地下水位的波动，为调整排水方案提供精准数据支持。3.4 施工监测和调整 在浅埋铁路隧道下穿高速公路的巨大工程中，建立全面的监测系统也是非常关键的一环，这一系统包括地表沉降监测、地下水位监测、结构变形监测等多个方面。地表沉降监测借助激光测距仪、卫星遥感等现代手段，通过实时监测地表高程的变化，如同在地下的“眼睛”时刻关注着地表的微妙变动。而地下水位监测则通过布设水位计、井孔水位计等设备，从地下探知水位的升降，如同在地下的“耳朵”聆听着水流的声音。至于结构变形监测，则依赖于布设应变计、测斜仪等设备，关注建筑物和结构的变形情况，如同在地下的“手”谨慎地握紧着工程的脉搏。在数据处理技术的应用方面，我们需要对监测系统产生的数据进行及时、准确的处理和分析，以识别出异常变化。利用数据分析软件和人工智能算法，对监测数据进行实时分析，以便更加精确地判断沉降趋势和异常情况。3.5 交通管制 为了降低地面振动对工程造成的影响，必须采用合理的交通管制。合理规划施工时段，以尽量减少高速公路的交通流量，同样减少振动对地面的影响，确保施工过程中的安全性和施工质量。第一步要制定详细的施工计划，充分考虑高速公路的交通流量情况。分析历史交通数据和交通流量预测，根据结果选择交通相对较为疏散的时段进行施工，如夜间或非高峰时段。这样可以降低振动对道路和周边建筑物的潜在影响。第二步要实施交通管制措施，确保施工区域周边中国科技期刊数据库 工业 A-110-的交通流畅度。在施工前，与相关交通管理部门协商，制定详细的交通管制方案。可以采取交替通行、限速、临时交通信号灯等措施，引导交通绕行，减缓车速，减少振动对道路和地基的影响。举例而言，在施工期间，可以设置临时交通信号灯，协调施工区域和周边车流，确保交叉口通行的有序性。同时，采用高速公路可变限速措施，调整车速限制，降低高速公路上车辆的速度，减少振动传递到地下的可能性。4 结束语 总之，浅埋铁路隧道下穿高速公路的施工沉降分析是一项较为复杂的工作，它直接关系到工程的安全、稳定和可持续性。因此，在日后的工作中，我们应继续关注并应用新的技术与方法，不断提升施工质量，尽最大努力确保浅埋铁路隧道下穿高速公路工程的安全、可靠、高效完成。参考文献 1赵琳,李豫东,刘章伟等.超浅埋隧道下穿高速公路施工沉降及控制研究J.河南大学学报(自然科学版),2020,50(01):118-126.2罗尘.高速公路浅埋铁路隧道下穿的施工沉降分析J.工程技术研究,2017,8(10):42.3张建宇.浅埋铁路隧道近距离下穿高速公路关键施工技术J.施工技术,2017,46(1):799-800.4何洋,孙其清,赵万强.浅埋铁路隧道下穿高速公路施工方案研究J.高速铁路技术,2016,7(05):35-38.5居家傲.浅埋铁路隧道下穿高速公路施工方法探讨J.建材与装饰,2016,00(43):241-242.