新建地表構筑物對某高鐵既有隧道影響分析

聞 雁

(中鐵二院西北勘察設計有限責任公司，甘肅 蘭州 730000)

1 概述

隨著我國工程建設項目的廣度和深度的推進，新建工程與既有工程相互干擾的工程案例越來越多。目前，因建設用地越來越少，臨近既有隧道新建建筑物越來越多，本文依托臨近高鐵既有隧道寶蘭客專的天水建材城建設項目，通過三維建模計算，分析其對既有高鐵線影響，保證運營安全，同時對類似工程提供借鑒。

2 工程概況

寶蘭客運專線設計速度250 km/h，渭河隧道位于寶蘭客專天水南至秦安區間，為單洞雙線特長隧道，隧道全長10 016 m。新建建筑物天水恒瑞泰實業有限公司七里墩建材過渡市場(天水和諧美居建材城)位置位于寶蘭客專K1376+687～K1377+087(400 m)區間范圍，該范圍內隧道襯砌類型采用Ⅴ-qb1型，道床類型整體式道床，隧道埋深約40 m。該區間范圍隧道位于R=8 000 m曲線段，主體隧道設置2號豎井與自然地面相接，并在地面上設置有豎井管理所。

天水和諧美居建材城為臨時建筑，建筑主體結構采用鋼結構[1]，地上建筑3層總高度為14.70 m；地下建筑1層高度為4.50 m。地下1層建筑僅在設計鋼結構建筑主體地下停車場區域范圍內布置，其余鋼結構建筑主體僅有地上部門。地下建筑1層采用樁筏聯合基礎，筏板厚0.4 m，筏板下樁基長7.0 m，樁徑0.9 m，樁基底面至自然地面總高度約11.9 m。未設置地下1層的建筑主體范圍內基礎采用樁基礎，樁基布置形式為每根鋼結構主體立柱下設置1根樁，樁長7.0 m，樁徑0.9 m，樁基底面至自然地面高度約7.0 m。

項目計劃施工的設計鋼結構建筑主體用地紅線邊界距離寶蘭客專渭河隧道2號豎井邊緣最小直線距離約16.5 m，且地下1層建筑部分區域已在隧道2號豎井橫通道正上方。

其平面、縱剖面如圖1，圖2所示。

現對各巖土層的特征自上而下分述如下[2]：

③層為新近系泥巖，根據風化程度的不同，將該層劃分為強風化泥巖和中風化泥巖兩個亞層。具體描述如下：③1層強風化泥巖(N)：棕紅色～青灰色，泥質結構，層狀構造，巖芯較破碎，巖芯多呈塊狀、短柱狀，節長5 cm～10 cm左右，局部呈灰褐色，層底埋深為26.00 m～26.30 m，層厚為9.20 m～10.80 m。③2層中風化泥巖(N)：青灰色，泥質結構，層狀構造，泥質巖芯較完整，巖芯多呈柱狀，強度較高，遇水易軟化、崩解，本次勘察未揭穿，最大揭露厚度16.50 m，最大揭露深度42.80 m。

3 既有渭河隧道建設情況

本次建模隧道襯砌類型為寶蘭客專渭河隧道竣工圖中對應里程段斷面形式及支護參數進行建模，具體支護參數及斷面形式[3]如表1，圖3，圖4所示。

表1 渭河隧道對應里程段隧道襯砌主要支護參數匯總表

4 數值模型建立

本次計算采用三維數值模擬，運用Midas GTS NX有限元軟件進行計算,共數值模型見圖5，各土層物理力學參數如表2所示。

5 計算結果分析

基坑開挖對隧道二襯結構沉降分析如圖6所示，各工況下隧道位移如表3所示。

表2 各巖土層物理力學參數表

表3 各工況下隧道位移 mm

根據計算，基坑開挖工況引起的隧道橫洞結構最大沉降為5.51 mm，為停車場部分基坑開挖卸載形成回彈變形，該處位于基坑開挖正下方處橫通道位置，該工況下正洞最大沉降3.67 mm；在基坑回填及主體結構樁基加載工況下，最大沉降分別為-1.70 mm及-1.87 mm，也均位于隧道豎井橫通道的地下室正下方處，隧道正洞在基坑回填及主體結構樁基加載工況下沉降均小于1 mm。

各工況下最大水平位移沿X軸方向為-1.76 mm，處于基坑開挖下方處橫通道位置，沿Y軸方向為1.66 mm，處于基坑開挖下方的橫通道所連接的主洞位置處，在基坑回填后水平方向位移沿X軸及Y軸均小于1 mm。

6 結論

隧道上方附加應力增大或減少都會 對隧道結構產生或多或少的影響，距離隧道越近，這種影響越明顯。本文通過以上計算得出以下結論：

1)既有線隧道結構允許的變形不僅取決于既有線結構變形的控制標準，還取決于軌道結構允許的變形極限值[4]，一般情況下隧道的變形值不小于軌道結構的變形，但從安全運營的角度出發，隧道結構變形必須服從軌道結構的變形，從而防止整體道床與軌道脫離，軌道結構變形允許極限值應符合軌道養護維修規則。鋼軌每3 m的垂直偏差應不大于0.3 mm[5]，根據對模型各工況下隧道沉降值計算，并對各階段沉降差值最大段落進行測量得各施工階段中最大沉降差值為每30 m垂直偏差1.1 mm，滿足相關規范要求，不會影響隧道安全。

2)隧道主洞襯砌軸力及彎矩最大及最小值主要集中在與橫通道相連位置處，其絕對值遠大于其他典型斷面處的軸力及彎矩，主要因為隧道與橫通道連接處為異型斷面，受力情況復雜，容易出現應力集中的問題,由于在Midas GTS NX建模過程中隧道主洞與橫通道連接段襯砌鋼筋，鋼架，托梁等細部結構很難在模型中體現，但實際施工中連接段一定有相應的加強支護措施，故實際工程不會出現如模型中如此之大的應力集中。通過典型斷面處軸力及彎矩值計算隧道[6]上方基坑開挖及樁基加載，不會對二襯結構造成很大影響。

3)從現場變形監測值看，采用GTS三維數值計算值偏大，特別是基坑開挖后的回彈變形值，這與建模分析中采用的本—構關系很大，在實際工程中可進一步探索相關改進措施。