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前言：本文结合实际工程，通过三维数值模拟，计算分析论证各类辅助加固措施的相互作用情况下对隧道和轨道的支护效果，分析了现场施工及监测应重点注意的问题，为既有铁路运营安全提供参考。
图 1 隧道下穿铁路相对关系立体示意图
该隧道下穿广铁路段采用双连拱断面形式，正洞开挖基于中导洞 CRD 工法施工。无论采用何种工序进行正洞施工，开挖区与非开挖区之间地表差异沉降是无法通过洞内施工措施进行消弭的，这是地表轨向倾斜率超限的主要原因，必须采取辅助措施，预先加固轨道结构，托换道砟路床，才能减少轨道的纵向差异沉降，满足铁路的行车安全要求。
预加固方案的类型主要包括：铁路轨道预加固、铁路路基预加固、隧道开挖预支护。其中：
1）常用的轨道加固技术有三种，即扣轨加纵横梁加固技术、D便梁和工便梁纵横抬加固技术；
2）铁路路基预加固技术包括注浆加固技术和桩基加固技术；
3）开挖预支护一般包括超前锚杆和超前小导管、超前长管棚及机械预切槽法和预衬砌法等。
为了解D桩体系的加固效果，需通过三维数值模拟，计算分析论证各类辅助措施的相互作用情况下对隧道和轨道的支护效果。整体有限元模型及坐标方向如图2 所示。
图 2 计算模型图
在隧道正洞作业前，先施筑各类预支护结构，然后下挖洞口处土体，最后基于中导洞 CRD 工法的优化工序，以 0.5m 作为循环进尺，对隧道正洞实行分步施工。数值模拟中，隧道下穿铁路的施工步骤以上述的施工过程作为基础，进行了部分简化。
数值计算结果和分析如下：采用D桩和盖柱体系预先加固铁路后，隧道围岩的竖向位移云图（终值）如图 3。D 桩预支护结构的竖向位移云图（终值）如图 4。加固前后中间轨道的横向沉降槽曲线（终值）如图 5。
图 3 隧道围岩竖向位移云图
图 4 D 桩预支护结构竖向位移云图
图 5 数值模型轨道横向沉降槽曲线（终值）
轨道加固前后拱顶沉降纵向分布对比（终值）如图 6 所示。
图 6 拱顶沉降纵向分布曲线
4 结论
本文在数值计算的基础上，对比分析了D桩支护体系下穿隧道的变形状况，得到如下主要结论：
1）轨道支点桩不能将轨道和D型便梁结构完全隔离于扰动土体之外，但可以大幅减少轨道结构因隧道施工发生的沉降量，缩短隧道施工在轨道结构上的影响范围，将轨道纵向倾斜率降低至基准值之内，保持铁路的正常运营，D型便梁 支点桩对轨道变形的控制效果显著。桩侧摩阻力一方面抵抗地层变形，另一方面使得桩身产生弹性压缩向下位移，不同位置的支点桩竖向位移的差异导致上覆的轨道发生不均匀沉降，因此施工过程仍需时刻关注轨道变形状况，做好轨道结构的监控量测工作。
2）轨道支点桩通过孔壁模筑混凝土和小导管注浆与桩周土体紧密接触，一定程度上减小了地层因隧道开挖而引起的竖向变形和横向水平变形，在中导洞施工过程中这一作用尤为显著。另外，轨道支点桩刚度较大，在共同受力过程中变形较小，桩体的摩擦作用使得桩周小范围土体的竖向位移明显小于周边地层，一旦切向应力大于剪切刚度即会发生桩周土体突然滑移，容易造成地表和拱顶土体的小范围塌陷，形成衬砌背后空洞和地表裂缝。施工过程中应密切关注支点桩附近的地表和隧道拱顶地层的变形状况，防止因其突变产生掉块造成安全事故。
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