橋梁施工對既有鐵路隧道的影響研究

張天忠

（中交二公局鐵路建設有限公司，陜西西安 710000）

0 引言

在我國公路交通工程建設過程中，不可避免地會出現公路、鐵路、道橋、隧道等之間相互交織的情況，這也是我國交通“由點及面”發展的必然形式。這一方面是為了保證我國公路、橋梁、隧道等多種類型的交通建筑可以發揮自身的獨有作用；另一方面是為了保證公眾日常生活對各類交通出行方式的需求，如果出現交通工程建設項目相互交織的情況，相關人員需要對交織主體進行全面考量，進而提出社會效益最大化的方案，進而更好地發揮出交通工程項目的優勢。同時，要保證新項目建設過程不會對原有建筑造成負面影響，進而促進交通行業的可持續化發展。接下來，通過相關實例研究新建橋梁對既有鐵路橋隧的影響。

1 橋梁施工對既有鐵路隧道造成的潛在風險

橋梁建設是一項復雜性強、專業性高、周期長的工程。在施工過程中，除了受可控和不可控因素的影響，還會受周圍地理、水文、其他建筑等因素的影響，這些都會在不同程度上影響橋梁施工的進程和最終的使用效果。特別是在交通高度發達的今天，新建橋梁的結構特點、工藝技術、規模等，都會對既有鐵路隧道的空間位置造成不同程度的影響，主要體現在兩個方面。一方面，在新建橋梁施工過程中，由于橋梁施工的性質較為特殊，加之施工規模一般較大，難免會對既有鐵路隧道的安全方面產生一定程度的影響。尤其是一些空間位置較為特殊的既有鐵路隧道，因為部分隧道建設在山體內，如果橋梁施工操作不當，可能導致隧道塌方或者高空墜物，雖然很少會出現“毀滅性”后果，但仍會對既有鐵路隧道造成一定程度的破壞。另一方面，新建橋梁地基建設會直接增加原有公路的承載力。此外，在建設施工過程中也會出現振動、荷載等問題，這類情況會造成原有土層的變化，且這種變化是較為隱形的，比如改變原有土地的應力結構，長此以往會導致周圍土層出現“連鎖反應”。更嚴重的情況下，會導致既有鐵路隧道出現塌陷、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，這會對既有鐵路隧道的安全性產生“致命”的威脅——不僅會破壞既有鐵路隧的道結構，而且會對既有鐵路隧道的后期運營造安全成隱患，且所造成的安全問題具有不可逆性。

2 橋梁施工對既有鐵路隧道造成影響的評估方法

在新橋梁施工的過程中，需要全面、科學、準確地考量既有鐵路隧道的狀況，采用科學、專業性強的評估方法，這樣不僅可以有效地評估橋梁施工對既有鐵路隧道所帶來的安全隱患，還可以檢測出施工環境中所存在的風險隱患，并對各類風險因素進行及時、有效的干預，或者采取科學的手段進行完善與彌補，進而確保橋梁施工的安全性與穩定性，這不僅可以保證公眾日常出行的安全穩定，還可以最大程度地保證既有鐵路隧道結構的完整性。

3 橋梁施工對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為例，該地的公路網線較為復雜，A 橋為雙向位八車道，左右分離，左右幅第三號橋墩采取擴大基礎，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，需要采用專業的工程類比方式，加強對既有鐵路隧道的安全管理和運行等方面規定的分析。比如，在既有鐵路隧道運行階段，嚴禁隧道界限內任何空間作業。因此，在橋梁施工過程中，需要在既有鐵路隧道搭建專有的高壓絕緣墊板，以及專業的基礎放電設備設施，以進一步保證既有鐵路隧道的安全運行。除此之外，要加強高壓接觸網上方界限的安全保護措施[1]。在安全評估階段，還要根據橋梁工程的實際結構，以及橋梁建設可能對既有鐵路隧道工程防護所造成的影響進行分析，并強化防護手段。通常情況下，在橋梁施工過程中，需要在既有鐵路隧道上方設置鋼制防護棚，以及專業的放電板，以提高安全防護效果，同時提高既有鐵路隧道的安全程度（見圖1）。在橋梁施工過程中，還要結合實際情況采取針對性的安全防護措施，豐富防護形式，提高防護性能，堅實安全第一的防護原則[2]。

圖1 隧道洞內橋梁施工

3.3 數值模擬計算

橋梁建筑具有一定的特殊性，其特殊性也決定了工程建設的專業性與復雜性。在上述云南新建橋實際案例中，隧道位移量大于0.5mm，但從受力角度分析，隧道結構最大受力只有0.05MPa，最大壓應力為0.55MPa。借鑒以往的橋梁施工方法，可以將對既有鐵路隧道的影響降到最低，然而由于不同的橋梁建設施工受制于地理、其他建筑的影響，可能造成分析結果與實際情況之間存在較大的差異性。因此，在施工分析過程中，可以采用數值模擬計算的方式，分析橋梁施工對地層條件所造成的影響，加強對施工場地空間條件的了解，并根據模擬計算結果就橋梁建設對既有鐵路隧道的影響進行全面分析，以加強干預。

3.4 隧道圍巖分析

橋梁樁基施工可能對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，會導致原有建筑結構水平或豎向位移，這會嚴重影響隧道的原有結構[3]。因此，在測量距離的設計方面，通常要在洞口處間隔5～10m 設置一個測量段，在其余地方間隔5～100m 設置一個測量段，并結合實際情況進行合理布置，避免因隧道結構變形所帶來的安全隱患[4]。除此之外，還要重視“豎向”位移所導致的隧道沉降問題。結合上述兩項基本內容，計算隧道圍巖最大受應力的范圍值，而隧道圍巖的最大應力值即為新建橋梁施工的應力值（見圖2）。然后，可以根據最終的計算結果，采用有效的加固措施對隧道圍巖進行加固處理，以保證在新橋建設施工的過程中，隧道圍巖具備更高的穩定性。因此，隧道圍巖分析是保證既有鐵路隧道安全的必要環節[5]。

圖2 隧道及周圍巖石施工

3.5 隧道結構和樁基結構位移分析

在隧道結構分析過程中，需要考慮隧道最大的水平位移程度，然后對隧道內部的結構進行綜合分析，進而獲取隧道沉降的最大值。一般來說，隧道兩側的最大沉降值幾乎是相同的，在不考慮其他因素的情況下，隧道沉降現象一般出現在隧道的拱頂位置，或者隧道拱頂處偏下的位置。因此，需要加強對隧道結構的分析工作，測試隧道的襯砌結構，計算出最大應力值，并根據計算結果采取針對性的加固措施，進而提高隧道的安全。

就橋梁建設對既有隧道機構的影響進行分析時，有時會忽視對樁基結構位移的分析，會影響分析的準確性。一般情況下，在樁基內力的作用之下，新建橋梁高架樁基會對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，導致其內部、外部結構變形。所以，在橋梁施工建設中，需要對高架樁基的數值進行精確計算，有效掌握樁基可能導致既有鐵路隧道橫向、豎向變形的影響值，同時要重視樁頂的豎向壓縮值，將變形數值控制在合理范圍內，保證數值的極限值處于合理范圍，進而避免新建橋梁的樁基對既有鐵路隧道造成不良影響。

4 橋梁施工振動的影響分析

橋梁施工過程會受到各種因素的影響，這些因素對既有鐵路隧道的影響最為突出[6]。具體表現為橋梁樁基施工過程中所產生的振動會直接影響施工地的土層，間接影響既有鐵路隧道的運行和使用。既有鐵路隧道在安全范圍內的振動速度與施工的振動頻率之間存在某種關聯。在實際施工操作中，要加強對橋梁樁基施工的考慮，判斷振動對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頻率速度點設定為“V”，則V 的最大值應該是10m/s。對于嵌巖樁，一般情況下采用沖擊鉆或者旋挖掘機進行作業。施工過程中，旋挖掘機所產生的振動頻率相對較小，相比之下，沖擊鉆所產生的振動頻率較大。在嵌巖樁施工過程中，要想在不影響既有鐵路隧道正常運行和使用的同時，利用旋挖掘機進行操作，就要在實際操作過程中控制其振動頻率，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，滿足實際工程要求。

由于在實際操作中沖擊鉆所產生的振動，通常會隨著沖擊所產生的能量及距離的變化而改變，震源會由一個中心朝四周擴散，振動過程所形成的振動波即為“地震波”。隨著地震波的傳播速度和距離的增大，地震波所產生的能量會被逐漸消耗掉，如果實際施工中距離充足，也可采取沖擊鉆作業方式。

總之，在實際施工操作過程中，需要結合橋梁樁基的施工環境，計算出振動頻率范圍，然后根據實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準，如果存在問題，需要采用針對性的解決措施進行及時干預，以保證橋梁工程的施工整體質量和施工工期。此外，在施工操作過程中，不僅要保證橋梁施工不會對既有鐵路隧道帶來安全威脅，還要確保橋梁施工過程的安全性，結合施工特點，科學制訂緊急預案等。

5 結語

綜上所述，對既有鐵路隧道產生的影響較多，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定性、結構性以及完整性，還可能給兩者帶來不同程度的安全隱患。因此，開展橋梁建設前，相關人員要就新建橋梁可能對既有鐵路隧道產生的影響進行實地調查與科學分析，并采取有效措施，降低因振動、沉降、受力等因素為既有鐵路隧道帶來的負面影響，保證既有鐵路隧道安全運行、結構完整，同時提高橋梁建筑的整體質量。