礦山法隧道下穿廣深高速公路影響研究分析

劉謹豪，秦輝輝

（中交公路規劃設計院有限公司，北京 100088）

隧道開挖過程中伴隨著地層應力狀態的改變和調整，引起地層位移與變形，而這種地層位移和變形隨著土的自重以及附加應力作用引起的土的固結沉降在沉降速度和空間分布上有著不同的特點。本文以廣州地鐵十三號線溫東區間礦山法隧道施工為例，分析其下穿廣深高速公路的影響。

1 工程概況

廣州軌道交通十三號線一期工程溫涌路～東洲區間以礦山法隧道形式下穿廣深高速公路，隧道與廣深高速路基平面呈斜交關系，交角約45 度，隧道埋深約13m，區間隧道穿越地層主要有強風化混合花崗巖及中風化混合花崗巖。下圖1所示為廣深高速與溫東區間隧道相互位置關系。

圖1 溫東區間與廣深高速及橋梁樁基關系橫斷面示意圖

2 礦山法隧道穿越高速公路加固方案介紹

溫東區間礦山法隧道下穿廣深高速公路工程段，臨近橋梁樁基，經調查研究，區間隧道穿越地層主要有強風化混合花崗巖及中風化混合花崗巖，隧道施工過程中，為確保廣深沿江高速安全運營，設計階段采取了以下加固方案：

（1）袖閥管預注漿：礦山法隧道施工開挖前對鄰近橋梁樁基采取袖閥管預注漿措施進行預加固處理。

（2）在隧道開挖過程中針對拱頂的軟弱土層和全、強風化花崗巖采取上半斷面注漿加固措施。

（3）在礦山法隧道施工過程中，注意控制爆破影響，控制開挖進尺，及時支護，控制地層失水和變形。

（4）動態施工，在隧道穿越高速施工前對相鄰建構筑物進行系統全面的跟蹤監測：主要包括廣深高速公路路面沉降、臨近橋梁樁基沉降及水平變形、橋梁定期巡檢、隧道變形等。

圖2 廣深高速段落礦山法隧道襯砌斷面方案圖

3 計算模型及計算參數

模型計算范圍選取按照實際需求及圣維南原理，范圍為100m（長）×100m（寬）×60m（高），對左右線隧道走向在模擬范圍內簡化為平行布置，廣深高速樁基與隧道相互關系根據實際情況模擬，模型共81236 個節點和73246 個單元，計算模型網格劃分如圖3所示。邊界條件采用位移邊界，上表面設置為自由邊界，側邊界及底邊界對法線方向位移進行約束。

圖3 模型網格圖

計算模擬過程分以下三步：

（1）在隧道開挖之前，模型在初始地應力下達到平衡狀態。

（2）清除塑性區及位移歸零，先行隧道礦山法隧道開挖（右線隧道）。

（3）后行隧道礦山法隧道開挖（左線隧道）。

地層參數按地勘資料及相關資料取值。

4 計算結果

下圖4為右線隧道貫通后地表變形曲線圖，從地表沉降曲線可以看出，右線隧道貫通后地表最大沉降約6.6mm，地表沉降基本以右線隧道軸線為對稱軸，影響范圍基本上在洞軸線兩側40m 內。下圖5為兩線隧道均貫通后地表變形曲線圖，從圖中可以看出，兩線隧道貫通后地表最大沉降9.3mm，以兩線隧道中部軸線為對稱，說明左右線隧道開挖產生地表沉降槽相互影響，且影響程較大，形成“單峰”型地表沉降槽，同時可以看出地表沉降傾斜（表征地表不均勻沉降大小）為0.04%，地表沉降影響范圍基本在兩線隧道中心線兩側40m 內，施工中對該范圍內路面沉降加強監測，發現異常情況，立即采取相應措施。

圖4 礦山法隧道右線施工后地表沉降曲線

圖5 礦山法隧道兩線施工后地表沉降曲線

圖6～7 為右線隧道開挖過程中、兩線隧道貫通后地表沉降變形云圖，從沉降變形云圖可以看出：右線隧道施工過程中，地表產生以右線隧道軸線為對稱軸的沉降槽，并有一定超前變形量，左線隧道施工過程中，地表沉降槽軸線呈現向左側偏移趨勢，兩隧道貫通后地表沉降云圖沿兩隧道中軸線對稱，左線隧道施工過程中對右線隧道沉降槽影響有一定超前效應。

圖6 右線隧道施工過程中地表沉降云圖

圖7 兩線隧道貫通后地表沉降云圖

圖8～9 為右線隧道開挖過程中、兩線隧道貫通后地表水平變形云圖。右線隧道施工過程中，水平地表基本以右線隧道軸線為軸向中心擠壓，并有一定超前變形量，左線隧道施工過程中，使地表水平變形對稱軸線向左側偏移，最終以兩隧道中軸線為對稱軸，且左線隧道施工過程中對右線隧道水平變形影響有一定超前效應。

圖8 右線隧道施工過程中地表水平變形云圖

圖9 兩線隧道貫通后地表水平變形云圖

圖10-11 為隧道周邊塑性區及主應力分布圖，隧道開挖過程中，隧道周邊約0.3 倍洞徑范圍內產生塑性擾動破壞，開挖面前方約0.3 倍洞徑范圍內產生塑性擾動破壞。左線隧道貫通后在洞周產生塑性區范圍與右線隧道基本相同。

圖10 右線隧道掘進過程中洞周塑性區

圖11 兩線隧道貫通后洞周塑性區

5 結論

溫東區間先行隧道通過后廣深高速路面產生最大沉降，后行隧道通過后形成“單峰”型地表沉降槽，沿兩隧道中軸線對稱。通過對鄰近橋梁樁基袖閥管預注漿、隧道拱頂預注漿等加固，以及加強施工控制，實時監測變形等措施，可確保隧道施工過程中既有公路及橋梁工程的安全運營。