在既有小凈距隧道附近新建隧道的設(shè)計(jì)理念

王安詳

（貴陽(yáng)市水利交通發(fā)展投資（集團(tuán)）有限公司，貴州 貴陽(yáng)，550001）

在既有小凈距隧道附近新建隧道的設(shè)計(jì)理念

王安詳

（貴陽(yáng)市水利交通發(fā)展投資（集團(tuán)）有限公司，貴州 貴陽(yáng)，550001）

隨著我國(guó)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步伐的加快，在既有工程附近新建工程的情況逐漸成為普遍現(xiàn)象，而目前設(shè)計(jì)規(guī)范條文中相關(guān)的內(nèi)容較少，甚至空白。以在既有隧道附近新建隧道為例，通過(guò)數(shù)值模擬分析，對(duì)新建隧道和既有隧道二者之間的相互影響進(jìn)行了分析研究，為工程的設(shè)計(jì)、施工提供技術(shù)支撐。

既有隧道；新建隧道；施工工法；結(jié)構(gòu)安全

0　引言

某城市準(zhǔn)備新建BRT車道，但受線形、地形、周邊環(huán)境等因素影響，需在既有隧道附近修建隧道，如何減小二者之間的不利影響是工程建設(shè)的關(guān)鍵點(diǎn)之一。本文擬通過(guò)分析研究，為工程的設(shè)計(jì)、施工提供技術(shù)支撐。

1　工程概況

某城市擬在既有環(huán)線上新建BRT專用車道，新建隧道擬布置在既有小凈距隧道右上方通過(guò)，二者相對(duì)位置關(guān)系見圖1。既有隧道為雙向6車道小凈距隧道（毛洞凈距約4.5 m），內(nèi)輪廓寬15.343 m，高9.749 m（見圖2）。新建隧道為單向兩車道隧道,隧道內(nèi)輪廓寬11 m，高8.8 m（見圖3）。

國(guó)內(nèi)大多數(shù)新建隧道與既有隧道呈一定角度相交，而該工程新建隧道與既有隧道的相對(duì)位置幾乎平行，因此相互影響范圍之大在國(guó)內(nèi)較為少見。

圖1　新建隧道與既有小凈距隧道位置關(guān)系圖

圖2　既有隧道內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)圖（單位：mm）

圖3　新建隧道內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)圖（單位：mm）

2　模型建立

查閱既有隧道工程地質(zhì)，主要以Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖為主，建模時(shí)圍巖按Ⅴ級(jí)考慮，物理參數(shù)值參照現(xiàn)行規(guī)范[1，2]附錄A中附表A.0.4-1中的中值進(jìn)行取值。考慮到隧道結(jié)構(gòu)橫向尺寸遠(yuǎn)小于縱向尺寸，因此采用平面二維模型可滿足精度要求。

對(duì)于既有隧道而言，考慮到初期支護(hù)作為安全儲(chǔ)備，故本次僅模擬既有隧道在二次襯砌支護(hù)下的受力分析。既有二次襯砌參數(shù)為：C30混凝土厚度60 cm。

對(duì)于新建隧道而言，因主要分析施工中對(duì)既有隧道結(jié)構(gòu)的影響，因此僅模擬初期支護(hù)中噴射混凝土的作用，而噴射混凝土的受力性狀也可直接反映出初期支護(hù)的受力性狀。具體建模范圍見圖4。

圖4　隧道建模圖

3　計(jì)算結(jié)果及分析

3.1對(duì)既有隧道的影響

3.1.1施工工法

考慮到新建隧道的斷面大小，分別對(duì)CD法（先左后右）、CD法（先右后左）、臺(tái)階法、臺(tái)階臨時(shí)仰拱法4種不同施工工法對(duì)既有隧道的影響進(jìn)行了分析。各工法施工工序見圖5～圖8。

圖5　臺(tái)階法施工工序圖

圖6　臺(tái)階臨時(shí)仰拱法施工工序圖

圖7　CD法（先左后右）施工工序圖

圖8　CD法（先右后左）施工工序圖

計(jì)算的結(jié)果顯示：無(wú)論采用何種工法施工，新建隧道的施作主要對(duì)右側(cè)既有隧道右側(cè)拱腰產(chǎn)生較大影響（見圖9），而對(duì)其他部位影響相對(duì)較小。

圖9　CD法（先左后右）對(duì)既有隧道變形的影響

右側(cè)既有隧道右側(cè)拱腰處結(jié)構(gòu)安全系數(shù)見表1。

表1　不同施工工法右側(cè)既有隧道右側(cè)拱腰安全系數(shù)一覽表

由表1可以得出，對(duì)于既有隧道安全性而言，CD法（先右后左）>CD法（先左后右）>臺(tái)階臨時(shí)仰拱法>臺(tái)階法,因此，在新建隧道的施工工法選擇上，優(yōu)先選用CD工法。

3.1.2加固措施

由計(jì)算結(jié)果顯示，新建隧道的施工將引起右側(cè)既有隧道右側(cè)拱腰部位圍巖較大的變形，為此擬采取相應(yīng)的加固措施。

雖然CD法（先右后左）相對(duì)于CD法（先左后右）而言更有利，但考慮到二者工法對(duì)既有隧道的影響相差較小，CD法（先左后右）相對(duì)而言可減小新建隧道施工對(duì)既有隧道的影響，因?yàn)橄仁┕ぷ髠?cè)導(dǎo)洞可隔離右側(cè)導(dǎo)洞對(duì)既有隧道的影響，且可先行施工注漿加固，如圖10所示，加固后圍巖的物理力學(xué)參數(shù)參照現(xiàn)行規(guī)范[1][2]附錄A中Ⅳ級(jí)圍巖指標(biāo)。

圖10　新建隧道左側(cè)導(dǎo)坑下部加固圖

加固后，經(jīng)計(jì)算結(jié)構(gòu)安全系數(shù)由2.538提高至2.630，由此可見采取必要的加固措施將有利于既有隧道的結(jié)構(gòu)受力。

3.1.3圍巖應(yīng)力釋放率

為了解新建隧道開挖后支護(hù)施作時(shí)機(jī)對(duì)右側(cè)既有隧道右側(cè)拱腰部位的影響，采用了不同圍巖應(yīng)力釋放率進(jìn)行模擬，如本次計(jì)算中圍巖應(yīng)力釋放率10%+90%代表的含義為：隧道開挖后圍巖應(yīng)力先釋放10%,然后施作初期支護(hù)，由初期支護(hù)承擔(dān)剩下90%的圍巖應(yīng)力，其余則類同。

由表2可得出：新建隧道開挖后，如及時(shí)施作初期支護(hù)則可減少對(duì)既有隧道結(jié)構(gòu)的不利影響。

表2　不同圍巖應(yīng)力釋放率右側(cè)既有隧道右側(cè)拱腰安全系數(shù)一覽表

3.1.4新建隧道初支強(qiáng)度

為了解新建隧道不同的初期支護(hù)強(qiáng)度對(duì)既有隧道結(jié)構(gòu)安全性的影響程度，計(jì)算中模擬了不同噴射混凝土厚度下，右側(cè)既有隧道右側(cè)拱腰的結(jié)構(gòu)安全系數(shù)（見表3）。

表3　不同噴射混凝土厚度對(duì)右側(cè)既有隧道右側(cè)拱腰安全系數(shù)影響一覽表

由表3可以得出：新建隧道的初期支護(hù)強(qiáng)度大小對(duì)既有隧道結(jié)構(gòu)的安全性影響程度是一樣的，因此增強(qiáng)新建隧道的初期支護(hù)強(qiáng)度不會(huì)減小對(duì)既有隧道結(jié)構(gòu)的不利影響。

3.2新建隧道的結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)

考慮到新建隧道結(jié)構(gòu)的邊界約束條件由于既有隧道結(jié)構(gòu)的存在而與通常條件下的新建隧道有所不同，且現(xiàn)有規(guī)范中也沒(méi)有類似的條文規(guī)定，為摸清既有隧道對(duì)新建隧道的影響，分別對(duì)無(wú)既有隧道、有既有隧道兩種不同工況進(jìn)行了模擬計(jì)算，得出新建隧道不同部位的安全系數(shù)（見表4）。

表4　不同工況下新建隧道各部位結(jié)構(gòu)安全系數(shù)一覽表

由表4可得出：在有既有隧道的工況下，新建隧道的右側(cè)拱腰、左右側(cè)隅角部位的結(jié)構(gòu)安全系數(shù)會(huì)出現(xiàn)下降的情況，而拱頂、左側(cè)拱腰則出現(xiàn)了上升的情況。因此，就總體設(shè)計(jì)思路而言，新建隧道的結(jié)構(gòu)體系較之一般設(shè)計(jì)而言需要加強(qiáng)，特別是隅角部位及右側(cè)拱腰部位。

4　結(jié)　論

由以上的分析，可總結(jié)得出以下設(shè)計(jì)、施工要點(diǎn)：

（1）選擇合適的施工工法（CD法）可有效減小新建隧道對(duì)既有隧道結(jié)構(gòu)的不利影響。

（2）由于CD法（先左后右）的施工工序利于進(jìn)行及時(shí)注漿加固，從而可以有效減小對(duì)既有隧道的不利影響，因此成為首選的施工工法。

（3）由于及時(shí)開挖、及時(shí)施作支護(hù)可以降低對(duì)既有隧道的不利影響，因此采用噴射鋼纖維混凝土替換噴射混凝土+鋼筋網(wǎng)，可以有效減小鋼筋網(wǎng)的作業(yè)時(shí)間，同時(shí)施工方應(yīng)加快工序之間的銜接，減小洞身圍巖暴露時(shí)間，及時(shí)施作支護(hù)。

（4）新建隧道在工程類比的基礎(chǔ)上，切勿照搬以往設(shè)計(jì)參數(shù)，而是需要進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)，特別是隅角部位及右側(cè)拱腰部位。

[1]JTG D70-2004,公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]JTG/T D70-2010公路隧道設(shè)計(jì)細(xì)則[S].

[3]劉明高新建隧道近距離上跨既有鐵路隧道方案分析與研究[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2012(5):79-84.

[4]畢強(qiáng),吳金剛,馬杰.新建隧道近距離上穿既有隧道的力學(xué)分析及工程處理措施[J].鐵道建筑,2009(8):50-54.

[5]王曉梅,石文慧，等.新建隧道施工對(duì)鄰近既有隧道的影響及對(duì)策[J].鐵道建筑，2010(7):80-83.

U452.2

B

1009-7716（2016）10-0161-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.10.051

2016-06-27

王安詳（1978-），男，貴州貴陽(yáng)人，高級(jí)工程師，從事市政工程現(xiàn)場(chǎng)管理工作。