運營公路隧道受上部鐵路隧道開挖的影響

徐 強

(杭州市城市建設發展有限公司，浙江 杭州 310021)

運營公路隧道受上部鐵路隧道開挖的影響

徐 強

(杭州市城市建設發展有限公司，浙江 杭州 310021)

結合福廈鐵路上穿既有大坪山公路隧道的工程實例，對既有隧道上方存在塌方的情況進行了分析，通過研究計算結果，獲得了鐵路隧道建設對既有公路隧道的影響規律，以指導工程施工。

隧道，塌方，鐵路，計算

隨著我國鐵路、公路及市政建設事業的高速發展，越來越多的隧道工程投入建設和運營。受地形和地質等因素的限制，同一場地區域內兩條隧道在不同高度位置相互穿越的情況逐漸增多[1，2]。

新建隧道對既有隧道的影響取決于多方面的因素[3]，如：1)隧道凈距；2)隧道的相對位置關系；3)新建隧道的尺寸；4)新建隧道的施工方法；5)既有隧道的襯砌和結構的施工質量等。目前的研究多針對因素1)～4)進行開展，但充分了解既有隧道的結構情況對施工安全以及既有隧道的安全評估有著非常重要的作用。

為此，本文結合福廈鐵路上穿既有大坪山公路隧道的工程實例，對既有隧道上方存在塌方的情況進行了分析，以期對同類工程有一定的借鑒和參考作用。

1 工程概況

福廈鐵路泉州段全長近50 km，右側，在穿過大坪山隧道后，繞過泉州農校，于324國道和高速公路之間跨越晉江，經池店后在瑤瓊設晉江站。本次的研究針對上部穿越大坪山隧道展開。福廈線鐵路和既有大坪山公路隧道空間交叉，大坪山公路隧道為雙洞單向交通。由于新建鐵路隧道上穿既有公路隧道，在空間上形成隧道交叉，見圖1。在交叉點新建鐵路隧道的底板距離下方的既有公路隧道拱頂的最小間距約為9 m，而既有公路隧道拱部有較大的塌方，因此，新的鐵路隧道的修建可能對既有隧道產生影響[4，5]，見圖2。

2 計算結果及分析

2.1 計算參數

本次計算采用的圍巖及混凝土力學參數按勘測資料和相關規范選取，見表1。

表1 計算參數表

2.2 三維有限元計算模型

本次計算采用三維實體模型，建模范圍為：沿大坪山公路隧道方向模型長為80 m，沿大坪山鐵路隧道方向模型長為40 m，三維有限元計算模型如圖3所示，本次采用單元數近20萬個，計算采用彈塑性分析，D-P準則。

本次計算共選取了位于交叉點處既有隧道內力以及分別距離交叉點處4 m，8 m，14 m，18 m和20 m共6種工況進行分析。

2.3 結果分析

為了分析大坪山鐵路隧道施工對既有公路隧道的影響，在新建與既有隧道交叉位置以及沿既有隧道方向距離交叉點處以外兩倍洞跨范圍內分別選取了6個斷面進行分析。通過分析各個斷面內力及安全系數在施工前后的變化情況來確定大坪山鐵路隧道的施工對既有公路隧道的影響范圍和最不利斷面位置。

交叉點處，大坪山鐵路隧道線路中心位置對應的下方既有公路隧道橫斷面二次襯砌內力及安全系數比較如圖4所示。

由圖4可以看出，該斷面處二次襯砌的內力在大坪山鐵路隧道施工后均有所減小，安全系數均有所增大。由此可見大坪山鐵路隧道施工后，對該斷面處既有公路隧道的安全不構成影響。

同理，可以獲得距離交叉點4 m處二次襯砌的內力在鐵路隧道施工后均有所減小，安全系數均有所增大。

8 m處二次襯砌的內力在大坪山鐵路隧道施工后拱部有所增大，拱部安全系數有所減小，即施工前最小為4.2，施工后最小為2.9。

14 m處二次襯砌的內力在大坪山鐵路隧道施工后內力有所增大，安全系數有所減小，即施工前最小為2.6，施工后最小為2.4。

18 m和20 m處既有結構的內力和安全系數也有類似的變化規律，但施工后的安全系數均為2.7。

3 結語

通過以上分析可以看出：

1)在同樣隧道施工、僅考慮靜力的情況下，既有隧道結構的內力和安全系數受到空間交叉點位置的影響，在交叉點的正下方，新建隧道施工以后，既有隧道二次襯砌內力減小，安全系數有所增加，這主要與上部土體的卸荷有關。

2)距離交叉點1D，2D左右既有隧道的結構受力規律相似，即既有隧道二次襯砌內力有所增加，安全系數有所減小，但仍能保證二次襯砌安全系數在規范允許范圍內。

3)本方案沒有考慮爆破震動和列車振動荷載等動荷載可能對既有隧道產生的影響，因此，非常有必要開展進一步的動力學分析[1]。

[1] 潘曉馬.鄰近隧道施工對既有隧道的影響[D].成都：西南交通大學，2002.

[2] 王曉梅，石文慧，程 瑤.新建隧道施工對鄰近既有隧道的影響及對策[J].鐵道建筑，2010(7):80-83.

[3] 黃大勇.近距離隧道施工相互影響的ANSYS模擬[D].貴州：貴州大學，2006.

[4] 秦 峰，吳存興.小凈距隧道開挖方法淺論[J].現代隧道技術，2003(6):39-42.

[5] 朱 宇.改進新建隧道對既有隧道振動影響的爆破技術[J].鐵道建筑，2009(10):46-48.

Impact of upper railway tunnel excavation upon the in-operation highway tunnel

XU Qiang

(HangzhouCityConstructionDevelopmentCo.,Ltd,Hangzhou310021,China)

Combining with the engineering example of Fu-Xia railway up-crossing existing Dapingshan highway tunnel, the paper analyzes the upper tunnel collapse conditions. Through studying the calculation results, it obtains the influential law of railway tunnel construction upon existing highway tunnel, with a view to guide the engineering construction.

tunnel, collapse, railway, calculation

1009-6825(2014)11-0181-03

2014-02-07

徐 強(1980- )，男，工程師

U455

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