橋梁施工對(duì)既有鐵路隧道的影響研究

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（中交二公局鐵路建設(shè)有限公司，陜西西安 710000）

0 引言

在我國(guó)公路交通工程建設(shè)過(guò)程中，不可避免地會(huì)出現(xiàn)公路、鐵路、道橋、隧道等之間相互交織的情況，這也是我國(guó)交通“由點(diǎn)及面”發(fā)展的必然形式。這一方面是為了保證我國(guó)公路、橋梁、隧道等多種類型的交通建筑可以發(fā)揮自身的獨(dú)有作用；另一方面是為了保證公眾日常生活對(duì)各類交通出行方式的需求，如果出現(xiàn)交通工程建設(shè)項(xiàng)目相互交織的情況，相關(guān)人員需要對(duì)交織主體進(jìn)行全面考量，進(jìn)而提出社會(huì)效益最大化的方案，進(jìn)而更好地發(fā)揮出交通工程項(xiàng)目的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，要保證新項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程不會(huì)對(duì)原有建筑造成負(fù)面影響，進(jìn)而促進(jìn)交通行業(yè)的可持續(xù)化發(fā)展。接下來(lái)，通過(guò)相關(guān)實(shí)例研究新建橋梁對(duì)既有鐵路橋隧的影響。

1 橋梁施工對(duì)既有鐵路隧道造成的潛在風(fēng)險(xiǎn)

橋梁建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜性強(qiáng)、專業(yè)性高、周期長(zhǎng)的工程。在施工過(guò)程中，除了受可控和不可控因素的影響，還會(huì)受周圍地理、水文、其他建筑等因素的影響，這些都會(huì)在不同程度上影響橋梁施工的進(jìn)程和最終的使用效果。特別是在交通高度發(fā)達(dá)的今天，新建橋梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工藝技術(shù)、規(guī)模等，都會(huì)對(duì)既有鐵路隧道的空間位置造成不同程度的影響，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。一方面，在新建橋梁施工過(guò)程中，由于橋梁施工的性質(zhì)較為特殊，加之施工規(guī)模一般較大，難免會(huì)對(duì)既有鐵路隧道的安全方面產(chǎn)生一定程度的影響。尤其是一些空間位置較為特殊的既有鐵路隧道，因?yàn)椴糠炙淼澜ㄔO(shè)在山體內(nèi)，如果橋梁施工操作不當(dāng)，可能導(dǎo)致隧道塌方或者高空墜物，雖然很少會(huì)出現(xiàn)“毀滅性”后果，但仍會(huì)對(duì)既有鐵路隧道造成一定程度的破壞。另一方面，新建橋梁地基建設(shè)會(huì)直接增加原有公路的承載力。此外，在建設(shè)施工過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)、荷載等問(wèn)題，這類情況會(huì)造成原有土層的變化，且這種變化是較為隱形的，比如改變?cè)型恋氐膽?yīng)力結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)此以往會(huì)導(dǎo)致周圍土層出現(xiàn)“連鎖反應(yīng)”。更嚴(yán)重的情況下，會(huì)導(dǎo)致既有鐵路隧道出現(xiàn)塌陷、沉降、不均勻下沉等情況。此外，還容易改變既有鐵路隧道的原有路基路面，造成裂縫等情況，這會(huì)對(duì)既有鐵路隧道的安全性產(chǎn)生“致命”的威脅——不僅會(huì)破壞既有鐵路隧的道結(jié)構(gòu)，而且會(huì)對(duì)既有鐵路隧道的后期運(yùn)營(yíng)造安全成隱患，且所造成的安全問(wèn)題具有不可逆性。

2 橋梁施工對(duì)既有鐵路隧道造成影響的評(píng)估方法

在新橋梁施工的過(guò)程中，需要全面、科學(xué)、準(zhǔn)確地考量既有鐵路隧道的狀況，采用科學(xué)、專業(yè)性強(qiáng)的評(píng)估方法，這樣不僅可以有效地評(píng)估橋梁施工對(duì)既有鐵路隧道所帶來(lái)的安全隱患，還可以檢測(cè)出施工環(huán)境中所存在的風(fēng)險(xiǎn)隱患，并對(duì)各類風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行及時(shí)、有效的干預(yù)，或者采取科學(xué)的手段進(jìn)行完善與彌補(bǔ)，進(jìn)而確保橋梁施工的安全性與穩(wěn)定性，這不僅可以保證公眾日常出行的安全穩(wěn)定，還可以最大程度地保證既有鐵路隧道結(jié)構(gòu)的完整性。

3 橋梁施工對(duì)既有鐵路隧道安全影響分析

3.1 工程概況

以云南某地的橋梁工程建設(shè)為例，該地的公路網(wǎng)線較為復(fù)雜，A 橋?yàn)殡p向位八車道，左右分離，左右幅第三號(hào)橋墩采取擴(kuò)大基礎(chǔ)，距離既有鐵路隧道的水平距離為11.6m 左右，垂直距離為23.95m；A 橋左幅第四號(hào)樁基距離既有鐵路隧道的水平距離為13.2m，垂直距離為24.6m；A 橋右幅的第五號(hào)橋墩采用樁基，其距離既有鐵路隧道的水平距離為14.3m，垂直距離為10.6m。

3.2 工程類比

在安全分析階段，需要采用專業(yè)的工程類比方式，加強(qiáng)對(duì)既有鐵路隧道的安全管理和運(yùn)行等方面規(guī)定的分析。比如，在既有鐵路隧道運(yùn)行階段，嚴(yán)禁隧道界限內(nèi)任何空間作業(yè)。因此，在橋梁施工過(guò)程中，需要在既有鐵路隧道搭建專有的高壓絕緣墊板，以及專業(yè)的基礎(chǔ)放電設(shè)備設(shè)施，以進(jìn)一步保證既有鐵路隧道的安全運(yùn)行。除此之外，要加強(qiáng)高壓接觸網(wǎng)上方界限的安全保護(hù)措施[1]。在安全評(píng)估階段，還要根據(jù)橋梁工程的實(shí)際結(jié)構(gòu)，以及橋梁建設(shè)可能對(duì)既有鐵路隧道工程防護(hù)所造成的影響進(jìn)行分析，并強(qiáng)化防護(hù)手段。通常情況下，在橋梁施工過(guò)程中，需要在既有鐵路隧道上方設(shè)置鋼制防護(hù)棚，以及專業(yè)的放電板，以提高安全防護(hù)效果，同時(shí)提高既有鐵路隧道的安全程度（見(jiàn)圖1）。在橋梁施工過(guò)程中，還要結(jié)合實(shí)際情況采取針對(duì)性的安全防護(hù)措施，豐富防護(hù)形式，提高防護(hù)性能，堅(jiān)實(shí)安全第一的防護(hù)原則[2]。

圖1 隧道洞內(nèi)橋梁施工

3.3 數(shù)值模擬計(jì)算

橋梁建筑具有一定的特殊性，其特殊性也決定了工程建設(shè)的專業(yè)性與復(fù)雜性。在上述云南新建橋?qū)嶋H案例中，隧道位移量大于0.5mm，但從受力角度分析，隧道結(jié)構(gòu)最大受力只有0.05MPa，最大壓應(yīng)力為0.55MPa。借鑒以往的橋梁施工方法，可以將對(duì)既有鐵路隧道的影響降到最低，然而由于不同的橋梁建設(shè)施工受制于地理、其他建筑的影響，可能造成分析結(jié)果與實(shí)際情況之間存在較大的差異性。因此，在施工分析過(guò)程中，可以采用數(shù)值模擬計(jì)算的方式，分析橋梁施工對(duì)地層條件所造成的影響，加強(qiáng)對(duì)施工場(chǎng)地空間條件的了解，并根據(jù)模擬計(jì)算結(jié)果就橋梁建設(shè)對(duì)既有鐵路隧道的影響進(jìn)行全面分析，以加強(qiáng)干預(yù)。

3.4 隧道圍巖分析

橋梁樁基施工可能對(duì)既有鐵路隧道周圍的巖石與土層造成一定的壓力，在作用力、軸力的作用下，會(huì)導(dǎo)致原有建筑結(jié)構(gòu)水平或豎向位移，這會(huì)嚴(yán)重影響隧道的原有結(jié)構(gòu)[3]。因此，在測(cè)量距離的設(shè)計(jì)方面，通常要在洞口處間隔5～10m 設(shè)置一個(gè)測(cè)量段，在其余地方間隔5～100m 設(shè)置一個(gè)測(cè)量段，并結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行合理布置，避免因隧道結(jié)構(gòu)變形所帶來(lái)的安全隱患[4]。除此之外，還要重視“豎向”位移所導(dǎo)致的隧道沉降問(wèn)題。結(jié)合上述兩項(xiàng)基本內(nèi)容，計(jì)算隧道圍巖最大受應(yīng)力的范圍值，而隧道圍巖的最大應(yīng)力值即為新建橋梁施工的應(yīng)力值（見(jiàn)圖2）。然后，可以根據(jù)最終的計(jì)算結(jié)果，采用有效的加固措施對(duì)隧道圍巖進(jìn)行加固處理，以保證在新橋建設(shè)施工的過(guò)程中，隧道圍巖具備更高的穩(wěn)定性。因此，隧道圍巖分析是保證既有鐵路隧道安全的必要環(huán)節(jié)[5]。

圖2 隧道及周圍巖石施工

3.5 隧道結(jié)構(gòu)和樁基結(jié)構(gòu)位移分析

在隧道結(jié)構(gòu)分析過(guò)程中，需要考慮隧道最大的水平位移程度，然后對(duì)隧道內(nèi)部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合分析，進(jìn)而獲取隧道沉降的最大值。一般來(lái)說(shuō)，隧道兩側(cè)的最大沉降值幾乎是相同的，在不考慮其他因素的情況下，隧道沉降現(xiàn)象一般出現(xiàn)在隧道的拱頂位置，或者隧道拱頂處偏下的位置。因此，需要加強(qiáng)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的分析工作，測(cè)試隧道的襯砌結(jié)構(gòu)，計(jì)算出最大應(yīng)力值，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果采取針對(duì)性的加固措施，進(jìn)而提高隧道的安全。

就橋梁建設(shè)對(duì)既有隧道機(jī)構(gòu)的影響進(jìn)行分析時(shí)，有時(shí)會(huì)忽視對(duì)樁基結(jié)構(gòu)位移的分析，會(huì)影響分析的準(zhǔn)確性。一般情況下，在樁基內(nèi)力的作用之下，新建橋梁高架樁基會(huì)對(duì)既有鐵路隧道造成不同程度的水平方向或豎向方向的影響，導(dǎo)致其內(nèi)部、外部結(jié)構(gòu)變形。所以，在橋梁施工建設(shè)中，需要對(duì)高架樁基的數(shù)值進(jìn)行精確計(jì)算，有效掌握樁基可能導(dǎo)致既有鐵路隧道橫向、豎向變形的影響值，同時(shí)要重視樁頂?shù)呢Q向壓縮值，將變形數(shù)值控制在合理范圍內(nèi)，保證數(shù)值的極限值處于合理范圍，進(jìn)而避免新建橋梁的樁基對(duì)既有鐵路隧道造成不良影響。

4 橋梁施工振動(dòng)的影響分析

橋梁施工過(guò)程會(huì)受到各種因素的影響，這些因素對(duì)既有鐵路隧道的影響最為突出[6]。具體表現(xiàn)為橋梁樁基施工過(guò)程中所產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)直接影響施工地的土層，間接影響既有鐵路隧道的運(yùn)行和使用。既有鐵路隧道在安全范圍內(nèi)的振動(dòng)速度與施工的振動(dòng)頻率之間存在某種關(guān)聯(lián)。在實(shí)際施工操作中，要加強(qiáng)對(duì)橋梁樁基施工的考慮，判斷振動(dòng)對(duì)既有鐵路隧道造成的直接影響。如果將既有鐵路隧道允許的振動(dòng)頻率速度點(diǎn)設(shè)定為“V”，則V 的最大值應(yīng)該是10m/s。對(duì)于嵌巖樁，一般情況下采用沖擊鉆或者旋挖掘機(jī)進(jìn)行作業(yè)。施工過(guò)程中，旋挖掘機(jī)所產(chǎn)生的振動(dòng)頻率相對(duì)較小，相比之下，沖擊鉆所產(chǎn)生的振動(dòng)頻率較大。在嵌巖樁施工過(guò)程中，要想在不影響既有鐵路隧道正常運(yùn)行和使用的同時(shí)，利用旋挖掘機(jī)進(jìn)行操作，就要在實(shí)際操作過(guò)程中控制其振動(dòng)頻率，頻率范圍則≤10m/s。如此，不僅能保證隧道的正常使用，還能消除安全隱患，滿足實(shí)際工程要求。

由于在實(shí)際操作中沖擊鉆所產(chǎn)生的振動(dòng)，通常會(huì)隨著沖擊所產(chǎn)生的能量及距離的變化而改變，震源會(huì)由一個(gè)中心朝四周擴(kuò)散，振動(dòng)過(guò)程所形成的振動(dòng)波即為“地震波”。隨著地震波的傳播速度和距離的增大，地震波所產(chǎn)生的能量會(huì)被逐漸消耗掉，如果實(shí)際施工中距離充足，也可采取沖擊鉆作業(yè)方式。

總之，在實(shí)際施工操作過(guò)程中，需要結(jié)合橋梁樁基的施工環(huán)境，計(jì)算出振動(dòng)頻率范圍，然后根據(jù)實(shí)際的頻率范圍分析橋梁樁基施工方案是否符合既有鐵路隧道工程標(biāo)準(zhǔn)，如果存在問(wèn)題，需要采用針對(duì)性的解決措施進(jìn)行及時(shí)干預(yù)，以保證橋梁工程的施工整體質(zhì)量和施工工期。此外，在施工操作過(guò)程中，不僅要保證橋梁施工不會(huì)對(duì)既有鐵路隧道帶來(lái)安全威脅，還要確保橋梁施工過(guò)程的安全性，結(jié)合施工特點(diǎn)，科學(xué)制訂緊急預(yù)案等。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)既有鐵路隧道產(chǎn)生的影響較多，若不能有效分析影響因素，采取有效措施加以控制，不僅可能影響二者之間的穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)性以及完整性，還可能給兩者帶來(lái)不同程度的安全隱患。因此，開(kāi)展橋梁建設(shè)前，相關(guān)人員要就新建橋梁可能對(duì)既有鐵路隧道產(chǎn)生的影響進(jìn)行實(shí)地調(diào)查與科學(xué)分析，并采取有效措施，降低因振動(dòng)、沉降、受力等因素為既有鐵路隧道帶來(lái)的負(fù)面影響，保證既有鐵路隧道安全運(yùn)行、結(jié)構(gòu)完整，同時(shí)提高橋梁建筑的整體質(zhì)量。