在既有小净距隧道附近新建隧道的设计理念
2016-11-16王安详
王安详
（贵阳市水利交通发展投资（集团）有限公司，贵州 贵阳，550001）
在既有小净距隧道附近新建隧道的设计理念
王安详
（贵阳市水利交通发展投资（集团）有限公司，贵州 贵阳，550001）
随着我国城市基础设施建设步伐的加快，在既有工程附近新建工程的情况逐渐成为普遍现象，而目前设计规范条文中相关的内容较少，甚至空白。以在既有隧道附近新建隧道为例，通过数值模拟分析，对新建隧道和既有隧道二者之间的相互影响进行了分析研究，为工程的设计、施工提供技术支撑。
既有隧道；新建隧道；施工工法；结构安全
0 引言
某城市准备新建BRT车道，但受线形、地形、周边环境等因素影响，需在既有隧道附近修建隧道，如何减小二者之间的不利影响是工程建设的关键点之一。本文拟通过分析研究，为工程的设计、施工提供技术支撑。
1 工程概况
某城市拟在既有环线上新建BRT专用车道，新建隧道拟布置在既有小净距隧道右上方通过，二者相对位置关系见图1。既有隧道为双向6车道小净距隧道（毛洞净距约4.5 m），内轮廓宽15.343 m，高9.749 m（见图2）。新建隧道为单向两车道隧道,隧道内轮廓宽11 m，高8.8 m（见图3）。
国内大多数新建隧道与既有隧道呈一定角度相交，而该工程新建隧道与既有隧道的相对位置几乎平行，因此相互影响范围之大在国内较为少见。
图1 新建隧道与既有小净距隧道位置关系图
图2 既有隧道内轮廓设计图（单位：mm）
图3 新建隧道内轮廓设计图（单位：mm）
2 模型建立
查阅既有隧道工程地质，主要以Ⅳ、Ⅴ级围岩为主，建模时围岩按Ⅴ级考虑，物理参数值参照现行规范[1，2]附录A中附表A.0.4-1中的中值进行取值。考虑到隧道结构横向尺寸远小于纵向尺寸，因此采用平面二维模型可满足精度要求。
对于既有隧道而言，考虑到初期支护作为安全储备，故本次仅模拟既有隧道在二次衬砌支护下的受力分析。既有二次衬砌参数为：C30混凝土厚度60 cm。
对于新建隧道而言，因主要分析施工中对既有隧道结构的影响，因此仅模拟初期支护中喷射混凝土的作用，而喷射混凝土的受力性状也可直接反映出初期支护的受力性状。具体建模范围见图4。
图4 隧道建模图
3 计算结果及分析
3.1对既有隧道的影响
3.1.1施工工法
考虑到新建隧道的断面大小，分别对CD法（先左后右）、CD法（先右后左）、台阶法、台阶临时仰拱法4种不同施工工法对既有隧道的影响进行了分析。各工法施工工序见图5～图8。
图5 台阶法施工工序图
图6 台阶临时仰拱法施工工序图
图7 CD法（先左后右）施工工序图
图8 CD法（先右后左）施工工序图
计算的结果显示：无论采用何种工法施工，新建隧道的施作主要对右侧既有隧道右侧拱腰产生较大影响（见图9），而对其他部位影响相对较小。
图9 CD法（先左后右）对既有隧道变形的影响
右侧既有隧道右侧拱腰处结构安全系数见表1。
表1 不同施工工法右侧既有隧道右侧拱腰安全系数一览表
由表1可以得出，对于既有隧道安全性而言，CD法（先右后左）>CD法（先左后右）>台阶临时仰拱法>台阶法,因此，在新建隧道的施工工法选择上，优先选用CD工法。
3.1.2加固措施
由计算结果显示，新建隧道的施工将引起右侧既有隧道右侧拱腰部位围岩较大的变形，为此拟采取相应的加固措施。
虽然CD法（先右后左）相对于CD法（先左后右）而言更有利，但考虑到二者工法对既有隧道的影响相差较小，CD法（先左后右）相对而言可减小新建隧道施工对既有隧道的影响，因为先施工左侧导洞可隔离右侧导洞对既有隧道的影响，且可先行施工注浆加固，如图10所示，加固后围岩的物理力学参数参照现行规范[1][2]附录A中Ⅳ级围岩指标。
图10 新建隧道左侧导坑下部加固图
加固后，经计算结构安全系数由2.538提高至2.630，由此可见采取必要的加固措施将有利于既有隧道的结构受力。
3.1.3围岩应力释放率
为了解新建隧道开挖后支护施作时机对右侧既有隧道右侧拱腰部位的影响，采用了不同围岩应力释放率进行模拟，如本次计算中围岩应力释放率10%+90%代表的含义为：隧道开挖后围岩应力先释放10%,然后施作初期支护，由初期支护承担剩下90%的围岩应力，其余则类同。
由表2可得出：新建隧道开挖后，如及时施作初期支护则可减少对既有隧道结构的不利影响。
表2 不同围岩应力释放率右侧既有隧道右侧拱腰安全系数一览表
3.1.4新建隧道初支强度
为了解新建隧道不同的初期支护强度对既有隧道结构安全性的影响程度，计算中模拟了不同喷射混凝土厚度下，右侧既有隧道右侧拱腰的结构安全系数（见表3）。
表3 不同喷射混凝土厚度对右侧既有隧道右侧拱腰安全系数影响一览表
由表3可以得出：新建隧道的初期支护强度大小对既有隧道结构的安全性影响程度是一样的，因此增强新建隧道的初期支护强度不会减小对既有隧道结构的不利影响。
3.2新建隧道的结构受力特点
考虑到新建隧道结构的边界约束条件由于既有隧道结构的存在而与通常条件下的新建隧道有所不同，且现有规范中也没有类似的条文规定，为摸清既有隧道对新建隧道的影响，分别对无既有隧道、有既有隧道两种不同工况进行了模拟计算，得出新建隧道不同部位的安全系数（见表4）。
表4 不同工况下新建隧道各部位结构安全系数一览表
由表4可得出：在有既有隧道的工况下，新建隧道的右侧拱腰、左右侧隅角部位的结构安全系数会出现下降的情况，而拱顶、左侧拱腰则出现了上升的情况。因此，就总体设计思路而言，新建隧道的结构体系较之一般设计而言需要加强，特别是隅角部位及右侧拱腰部位。
4 结 论
由以上的分析，可总结得出以下设计、施工要点：
（1）选择合适的施工工法（CD法）可有效减小新建隧道对既有隧道结构的不利影响。
（2）由于CD法（先左后右）的施工工序利于进行及时注浆加固，从而可以有效减小对既有隧道的不利影响，因此成为首选的施工工法。
（3）由于及时开挖、及时施作支护可以降低对既有隧道的不利影响，因此采用喷射钢纤维混凝土替换喷射混凝土+钢筋网，可以有效减小钢筋网的作业时间，同时施工方应加快工序之间的衔接，减小洞身围岩暴露时间，及时施作支护。
（4）新建隧道在工程类比的基础上，切勿照搬以往设计参数，而是需要进行加强设计，特别是隅角部位及右侧拱腰部位。
[1]JTG D70-2004,公路隧道设计规范[S].
[2]JTG/T D70-2010公路隧道设计细则[S].
[3]刘明高新建隧道近距离上跨既有铁路隧道方案分析与研究[J].现代隧道技术，2012(5):79-84.
[4]毕强,吴金刚,马杰.新建隧道近距离上穿既有隧道的力学分析及工程处理措施[J].铁道建筑,2009(8):50-54.
[5]王晓梅,石文慧，等.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.
U452.2
B
1009-7716（2016）10-0161-03
10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.10.051
2016-06-27
王安详（1978-），男，贵州贵阳人，高级工程师，从事市政工程现场管理工作。
