随着我国城市化进程的加快,越来越多的人在城市定居,交通出行问题成为阻碍城市发展的热点问题。而地铁作为交通工具一种,具有运输量大、方便、快捷等优点,备受到城市轨道交通规划者关注。随着地铁规划和建设,线路规划和盾构环境越来越复杂,其下穿建筑物、铁路和桥梁工程项目日益增多,为盾构隧道施工提出了较高要求。本文以郑州某地铁出入段线大纵坡小曲径盾构隧道下穿不同路基形式的铁路为工程背景,采用数值模拟、现场监测和理论计算相结合的方式,研究了大纵坡小曲径盾构隧道下穿铁路施工引起的轨道、路基和土体位移变化规律等。具体研究内容如下:(1)土体、路基和轨道位移影响因素及控制值标准。分析大纵坡小曲径盾构隧道下穿不同路基形式铁路引起的土体、路基和轨道位移影响因素,结合相关规范或规定提出土体、路基和轨道位移的控制值标准,为数值模拟分析与现场监测结果评价提供依据。(2)土体、路基和轨道位移的控制措施。采用迈达斯(GTS)对大纵坡小曲径盾构隧道下穿铁路施工进行模拟分析,提出控制大纵坡小曲径盾构隧道迎坡推力和转向需求超挖,可有效降低土体、路基和轨道位移,需加强对穿越桩基础和箱涵部分的监测。(3)土体、路基和轨道位移的变化趋势。数值模拟和现场监测结果表明,大纵坡盾构隧道左线和右线施工引起地表和轨道沉降槽呈非对称“W”型,地表和轨道沉降均随距盾构隧道中心线距离的增大而减小。相比于未加固土体,常规加固可以降低土体竖向位移量幅度约为30%,而加强加固降幅多达50%。与普通盾构隧道相比,大纵坡小曲径盾构隧道施工过程中引起土体、路基和轨道位移量大30%左右。土体固结作用引起的先施工隧道平均比后施工隧道大10%~30%。(4)土体、路基和轨道位移之间的相互关系。数值模拟和现场监测表明,土体荷载分布不同是盾构隧道下穿产生的土体和轨道位移差异的主要因素,土体荷载分布主要受路基形式影响。轨道刚度对地表沉降具有缓冲和扩散作用,轨道沉降影响范围平均比地表横向沉降影响范围宽25%。盾构隧道曲线对箱涵倾斜具有加剧作用,箱涵上部轨道沉降主要受箱涵倾斜的影响。