运营公路隧道受上部铁路隧道开挖的影响

徐 强

(杭州市城市建设发展有限公司，浙江 杭州 310021)

运营公路隧道受上部铁路隧道开挖的影响

徐 强

(杭州市城市建设发展有限公司，浙江 杭州 310021)

结合福厦铁路上穿既有大坪山公路隧道的工程实例，对既有隧道上方存在塌方的情况进行了分析，通过研究计算结果，获得了铁路隧道建设对既有公路隧道的影响规律，以指导工程施工。

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随着我国铁路、公路及市政建设事业的高速发展，越来越多的隧道工程投入建设和运营。受地形和地质等因素的限制，同一场地区域内两条隧道在不同高度位置相互穿越的情况逐渐增多[1，2]。

新建隧道对既有隧道的影响取决于多方面的因素[3]，如：1)隧道净距；2)隧道的相对位置关系；3)新建隧道的尺寸；4)新建隧道的施工方法；5)既有隧道的衬砌和结构的施工质量等。目前的研究多针对因素1)～4)进行开展，但充分了解既有隧道的结构情况对施工安全以及既有隧道的安全评估有着非常重要的作用。

为此，本文结合福厦铁路上穿既有大坪山公路隧道的工程实例，对既有隧道上方存在塌方的情况进行了分析，以期对同类工程有一定的借鉴和参考作用。

1 工程概况

福厦铁路泉州段全长近50 km，右侧，在穿过大坪山隧道后，绕过泉州农校，于324国道和高速公路之间跨越晋江，经池店后在瑶琼设晋江站。本次的研究针对上部穿越大坪山隧道展开。福厦线铁路和既有大坪山公路隧道空间交叉，大坪山公路隧道为双洞单向交通。由于新建铁路隧道上穿既有公路隧道，在空间上形成隧道交叉，见图1。在交叉点新建铁路隧道的底板距离下方的既有公路隧道拱顶的最小间距约为9 m，而既有公路隧道拱部有较大的塌方，因此，新的铁路隧道的修建可能对既有隧道产生影响[4，5]，见图2。

2 计算结果及分析

2.1 计算参数

本次计算采用的围岩及混凝土力学参数按勘测资料和相关规范选取，见表1。

表1 计算参数表

2.2 三维有限元计算模型

本次计算采用三维实体模型，建模范围为：沿大坪山公路隧道方向模型长为80 m，沿大坪山铁路隧道方向模型长为40 m，三维有限元计算模型如图3所示，本次采用单元数近20万个，计算采用弹塑性分析，D-P准则。

本次计算共选取了位于交叉点处既有隧道内力以及分别距离交叉点处4 m，8 m，14 m，18 m和20 m共6种工况进行分析。

2.3 结果分析

为了分析大坪山铁路隧道施工对既有公路隧道的影响，在新建与既有隧道交叉位置以及沿既有隧道方向距离交叉点处以外两倍洞跨范围内分别选取了6个断面进行分析。通过分析各个断面内力及安全系数在施工前后的变化情况来确定大坪山铁路隧道的施工对既有公路隧道的影响范围和最不利断面位置。

交叉点处，大坪山铁路隧道线路中心位置对应的下方既有公路隧道横断面二次衬砌内力及安全系数比较如图4所示。

由图4可以看出，该断面处二次衬砌的内力在大坪山铁路隧道施工后均有所减小，安全系数均有所增大。由此可见大坪山铁路隧道施工后，对该断面处既有公路隧道的安全不构成影响。

同理，可以获得距离交叉点4 m处二次衬砌的内力在铁路隧道施工后均有所减小，安全系数均有所增大。

8 m处二次衬砌的内力在大坪山铁路隧道施工后拱部有所增大，拱部安全系数有所减小，即施工前最小为4.2，施工后最小为2.9。

14 m处二次衬砌的内力在大坪山铁路隧道施工后内力有所增大，安全系数有所减小，即施工前最小为2.6，施工后最小为2.4。

18 m和20 m处既有结构的内力和安全系数也有类似的变化规律，但施工后的安全系数均为2.7。

3 结语

通过以上分析可以看出：

1)在同样隧道施工、仅考虑静力的情况下，既有隧道结构的内力和安全系数受到空间交叉点位置的影响，在交叉点的正下方，新建隧道施工以后，既有隧道二次衬砌内力减小，安全系数有所增加，这主要与上部土体的卸荷有关。

2)距离交叉点1D，2D左右既有隧道的结构受力规律相似，即既有隧道二次衬砌内力有所增加，安全系数有所减小，但仍能保证二次衬砌安全系数在规范允许范围内。

3)本方案没有考虑爆破震动和列车振动荷载等动荷载可能对既有隧道产生的影响，因此，非常有必要开展进一步的动力学分析[1]。

[1] 潘晓马.邻近隧道施工对既有隧道的影响[D].成都：西南交通大学，2002.

[2] 王晓梅，石文慧，程 瑶.新建隧道施工对邻近既有隧道的影响及对策[J].铁道建筑，2010(7):80-83.

[3] 黄大勇.近距离隧道施工相互影响的ANSYS模拟[D].贵州：贵州大学，2006.

[4] 秦 峰，吴存兴.小净距隧道开挖方法浅论[J].现代隧道技术，2003(6):39-42.

[5] 朱 宇.改进新建隧道对既有隧道振动影响的爆破技术[J].铁道建筑，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 强(1980- )，男，工程师

U455

A