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铁路隧道出现地面沉降原因以及解决措施

添加时间:2020-11-09 10:23:31

 

来源:网络 在各个已经运营地铁的城市里,地铁也得到了广大人民的认可。人们上班下班,学生们上学回家乘坐地铁也都似乎成为了一种习惯因为乘坐地铁不会发生堵车的情况,可以大大缩短不必要的时间,给人们提供了很大的便利。而且地铁票价较低相对于开车要便宜的多,这在一定程度上也减少了城市汽车数目,缓解了地面交通的压力地铁也成为了普通百姓生活中不可或缺的一部分。

 

地铁隧道施工需要注重施工的质量避免出现地面沉降的危险,影响城市发展,同时出现沉降会直接影响铁路安全以及财产安全。下面本文通过剖析城市地铁隧道施工过程中引起的地面沉降原因,从而提出相应的解决措施。


铁路隧道出现地面沉降原因以及解决措施(图1)

 

隧道施工特点

线路多经过居民区,对噪声和振动的控制较严,除了对车辆结构采取减震措施及修筑声障屏以外,对轨道结构也要求采取相应的措施。行车密度大,运营时间长,留给轨道的作业时间短,因而需采用高质量的轨道部件,一般用混凝土道床等维修量小的轨道结构。

 

一般采用直流电机牵引,以轨道作为供电回路。为了减少泄露电流的电解腐蚀,要求钢轨与基础有较高的绝缘性能。曲线段占的比例大,曲线半径比常规铁路小得多一般为100m左右,因此要解决好曲线轨道的构造问题。

 

地表沉降分析

首先,地表沉降是地铁隧道施工给周围环境带来的最大的问题。它可能导致的后果很多,轻则变形重则倒塌,供热管道等主要管线的破裂,使得污水或其他水上溢;另外,这些管道在又地铁施工的工程中往往改变其通道或者做加固等特殊处理。 此外,在有桥梁等设施的地方施工的时候,挖掘隧道容易是桥梁基础活动,发生沉降,抑或者对柱体产生摩擦甚至岌岌可危。当他倒塌时人们也许措手不及,造成严重的意外,后果不堪设想。 沉降对房屋来说也是非常危险的。他对房屋的结构来说是种挑战。总的来说,沉降对于建筑构成的危害主要有以下几种:

 

对房屋基础的影响

对房屋基础的影响。地铁施工引发的沉降,这种力不仅仅是纵向的力,也有横向的拉力,就好像是水平应变再将基础撕碎。而建筑的基础主要是承受压力的构件,因此对基础来说拉应变是最致命的破坏,他在破坏基础的时候占有主导地位。

 

地基的承载能力减弱

土地基础具有相当大的承载能力,在地下施工作业中,不断地震动会使土地变得松散,失去承载荷载的能力。所以在施工过程中,减少震动松土是首要重点。


铁路隧道出现地面沉降原因以及解决措施(图2)

 

对房屋上部结构的伤害与影响

地下施工会对建筑产生一定的力的作用,然而这种力的作用是不规则的,他会在建筑内部一次不间断的传递,建筑因此可能产生不规则的变形,从而失去重心,慢慢又倒塌的危害。

 

沉降处理措施

城市地铁的隧道施工所引起的建筑物倒塌事故屡见不鲜,已经更引起了有关部门和社会的高度重视。国内外最近几年,就地表沉降问题已经有过多次的理论讨论和实践论证,并且取得了不俗的成绩,获得相当成熟的理论和成果。但是在我国,相关完整的建筑保护标准还没有准确的划分标准。我国所做的沉降数据的研究,只为我们提供一个在施工中允许沉降的最大值,并以此来加固建筑或道路,或者控制施工。

 

这种方法是不得已而为之的,它并不准确也不算很科学,因为这种方法尚缺少足够的理论依据。根据这种方法所做的加固工程或者防护措施往往是十分苛刻的,因为怕意外的发生。但是,一些建筑物本身其实对沉降并不敏感。这样做的结果就是经济上的损失,就是投资的增加,不符合市场经济的可发展战略。因此,找到一条属于中国的地下隧道挖掘道路迫在眉睫。我们要根据以往的经验和实际施工的情况,以及一些影响规律相结合起来,为将来的节约成本和巩固隧道挖掘技术做出贡献。

 

沉降控制措施

 

开挖过程的控制

在隧道施工开挖的过程中,要合理的控制开挖过程,时刻注意开挖的过程中所产生的沉降,采取相关的地层处理技术和隧道自身的相关措施。地层处理技术就是根据施工位置的地层地质情况对其提高或者是改变地层的响应,从而降低、避免或改变隧道施工过程中所产生的地层运动的相关方法;隧道的自身就是在隧道施工时,在所施工的隧道内使用降低地层沉降相关手段。

 

改善土体的特性

隧道开挖施工的过程中,为了控制地层的沉降,经常会使用一些措施来对隧道施工的一些局部位置的土体进行加固处理。这种做法带来的好处是在隧道开挖施工后可以形成自然拱,而且还能有效的改进土体的特性,使其土质向着正方向发展。不仅如此,在加固土体的方案中,还有超前注浆、深层注浆等方式来改善土体的特有性质,在注浆的过程中可以根据土体的性质情况,选择对其注入双液浆、纯水泥浆或是化学浆液等。

 

选取施工方法

台阶法是隧道施工过程中较为常用的施工方法,而每项工程隧道施工的地理位置也是不一样的因此,每项工程施工的台阶法也是有一些区别的。台阶法的主要运力就是预留成型的核心土,而在使用台阶法施工前,应分析并确定施工地点的地层条件,根据分析结果来选取台阶法施工的台阶长度。

 

提高施工效率

提高施工工作效率,可以更好的保证隧道施工的顺利完成。隧道施工效率讲究的是时间,只要严格的按照施工规定的程序要求施工,尽量缩短施工时间,那么在施工过程中,地层应力的释放就会有着有效的控制度,相应的地层内部的变位也将随之减小,对隧道施工的整个过程也得到了更好的控制。

 

及时施作二次衬砌

在隧道施工的过程中,为了确保施工地层尽快的恢复稳定状态,需要及时的施作二次衬砌环节。其主要是因为利用浅埋暗挖法施工的地段大多都是软弱的地层,而这样的地层位置大多数都是属于富水地层,随着施工过程中的渗排水推迟,地表也将出现大范围的沉降现象,相应的地层刚度与初期支护刚度的相互作用也将会越来越强。所以,二次衬砌必须要及时的施作。

 

确定沉降的允许值

隧道开挖引起的地表沉降对既有地面铁路线路或地下铁路线路的影响主要表现在3个方面:一是可能造成水平(指线路两股钢轨顶面的相对高差)超限;二是可能造成前后高差(指沿线路方向的竖向平顺性)超限;三是可能造成道岔不能搬动。

 

《铁路线路维修规则》规定:两股钢轨顶面水平的容许偏差,正线及到发线不得大于4mm,其它站线不得大于5mm。一般情况下,超过允许限值的水平差,只是引起车辆摇晃和两股钢轨的受力不均,导致钢轨的不均匀磨损。但如果在延长不足18m的距离内出现水平差超过4mm的三角坑,将导致一个车轮减载或悬空,如果此时出现较大横向力作用,有可能发生脱轨事故。

 

前后高低不平顺对线路运营危害较大。列车通过这些地方时,冲击动力可能成倍增加,加速道床变形,从而更进一步扩大轨道不平顺,加剧机车车辆对轨道的破坏,形成恶性循环。一般情况下,前后高低不平顺的破坏作用同不平顺(坑洼)的长度成反比,而同它的深度成正比。规范规定:线路轨道前后高低差用L=10m弦量测的最大矢度值不应超过4mm。


铁路隧道出现地面沉降原因以及解决措施(图3)

 

根据隧道施工引起的地层沉降槽规律,地层横向不均匀变形要比沿隧道轴线方向的不均匀变形显著。当下穿既有线路正线时,既有线路的运营安全主要受控于轨道的前后高低不平顺。当下穿既有运营线路岔区时,则主要受控于尖轨与轨道的水平位移,因此必须对其进行专门监测,采取更加严格的沉降控制措施,确保运营安全 。

 

TJR02表面沉降位移监测仪(MEMS阵列式位移计)是北京天玑科技有限公司与中力智研合作的最新款的表面沉降位移监测仪。此款设备具有具有自动化、高精度、易安装等特点。TJR02型表面沉降位移监测仪将由一组首尾串行连接的 MEMS 沉降测量单元构成,横穿布设于高铁路基或建(构)筑物基础沉降区或者隧道内壁等方面。每只 MEMS 沉降单元长 1-3 米,内置三轴 MEMS 高精度倾角传感器,通过两端锚定板表贴于基础表面,精确感知基础沉降引起的测量单元的微小倾斜变化。无线数据采集终端采用 CAN 现场总线通讯技术,实时自动采集连接在总线上的各沉降测量单元倾角测量信号,自动解算各测量沉降量,定时通过 GPRS/4G 无线通讯模块无线远传云端。

 

TJR02表面沉降位移监测仪


铁路隧道出现地面沉降原因以及解决措施(图4)

 

产品优势:

 

TJR02-1型无线数据采传终端将监测现场各类传感节点获得的监测信息互联汇集,然后通过终端内部集成的 GPRS/4G 无线模块,利用运营商 3G 网络资源,实时传输至云监测平台。

 

TJR02-1型无线数据采传终端技术特点如下:

 

内置GPRS/4G模块 —— 基于GPRS/4G网络的无线数据传输终端电路设计,实现子站现场设备与云端监控中心的远程数据通信;

采用MQTT协议 —— 采用MQTT标准通讯协议,支持双IP接收中心;

智能自动控制 —— 设备内置看门狗,防止死机,掉线自动恢复,断网本地存贮,自动对时;

内置物联网卡 —— 内置无线通讯物联网卡,免申办手机卡,开机即用;

云端在线管理 —— 云端远程升级测报系统软件,远程配置设备预警参数;

 

主要技术参数 


TJR02表面沉降位移监测仪(图2)

 

产品清单:


TJR02表面沉降位移监测仪(图3)


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