新建地表构筑物对某高铁既有隧道影响分析

闻 雁

(中铁二院西北勘察设计有限责任公司，甘肃 兰州 730000)

1 概述

随着我国工程建设项目的广度和深度的推进，新建工程与既有工程相互干扰的工程案例越来越多。目前，因建设用地越来越少，临近既有隧道新建建筑物越来越多，本文依托临近高铁既有隧道宝兰客专的天水建材城建设项目，通过三维建模计算，分析其对既有高铁线影响，保证运营安全，同时对类似工程提供借鉴。

2 工程概况

宝兰客运专线设计速度250 km/h，渭河隧道位于宝兰客专天水南至秦安区间，为单洞双线特长隧道，隧道全长10 016 m。新建建筑物天水恒瑞泰实业有限公司七里墩建材过渡市场(天水和谐美居建材城)位置位于宝兰客专K1376+687～K1377+087(400 m)区间范围，该范围内隧道衬砌类型采用Ⅴ-qb1型，道床类型整体式道床，隧道埋深约40 m。该区间范围隧道位于R=8 000 m曲线段，主体隧道设置2号竖井与自然地面相接，并在地面上设置有竖井管理所。

天水和谐美居建材城为临时建筑，建筑主体结构采用钢结构[1]，地上建筑3层总高度为14.70 m；地下建筑1层高度为4.50 m。地下1层建筑仅在设计钢结构建筑主体地下停车场区域范围内布置，其余钢结构建筑主体仅有地上部门。地下建筑1层采用桩筏联合基础，筏板厚0.4 m，筏板下桩基长7.0 m，桩径0.9 m，桩基底面至自然地面总高度约11.9 m。未设置地下1层的建筑主体范围内基础采用桩基础，桩基布置形式为每根钢结构主体立柱下设置1根桩，桩长7.0 m，桩径0.9 m，桩基底面至自然地面高度约7.0 m。

项目计划施工的设计钢结构建筑主体用地红线边界距离宝兰客专渭河隧道2号竖井边缘最小直线距离约16.5 m，且地下1层建筑部分区域已在隧道2号竖井横通道正上方。

其平面、纵剖面如图1，图2所示。

现对各岩土层的特征自上而下分述如下[2]：

③层为新近系泥岩，根据风化程度的不同，将该层划分为强风化泥岩和中风化泥岩两个亚层。具体描述如下：③1层强风化泥岩(N)：棕红色～青灰色，泥质结构，层状构造，岩芯较破碎，岩芯多呈块状、短柱状，节长5 cm～10 cm左右，局部呈灰褐色，层底埋深为26.00 m～26.30 m，层厚为9.20 m～10.80 m。③2层中风化泥岩(N)：青灰色，泥质结构，层状构造，泥质岩芯较完整，岩芯多呈柱状，强度较高，遇水易软化、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 既有渭河隧道建设情况

本次建模隧道衬砌类型为宝兰客专渭河隧道竣工图中对应里程段断面形式及支护参数进行建模，具体支护参数及断面形式[3]如表1，图3，图4所示。

表1 渭河隧道对应里程段隧道衬砌主要支护参数汇总表

4 数值模型建立

本次计算采用三维数值模拟，运用Midas GTS NX有限元软件进行计算,共数值模型见图5，各土层物理力学参数如表2所示。

5 计算结果分析

基坑开挖对隧道二衬结构沉降分析如图6所示，各工况下隧道位移如表3所示。

表2 各岩土层物理力学参数表

表3 各工况下隧道位移 mm

根据计算，基坑开挖工况引起的隧道横洞结构最大沉降为5.51 mm，为停车场部分基坑开挖卸载形成回弹变形，该处位于基坑开挖正下方处横通道位置，该工况下正洞最大沉降3.67 mm；在基坑回填及主体结构桩基加载工况下，最大沉降分别为-1.70 mm及-1.87 mm，也均位于隧道竖井横通道的地下室正下方处，隧道正洞在基坑回填及主体结构桩基加载工况下沉降均小于1 mm。

各工况下最大水平位移沿X轴方向为-1.76 mm，处于基坑开挖下方处横通道位置，沿Y轴方向为1.66 mm，处于基坑开挖下方的横通道所连接的主洞位置处，在基坑回填后水平方向位移沿X轴及Y轴均小于1 mm。

6 结论

隧道上方附加应力增大或减少都会 对隧道结构产生或多或少的影响，距离隧道越近，这种影响越明显。本文通过以上计算得出以下结论：

1)既有线隧道结构允许的变形不仅取决于既有线结构变形的控制标准，还取决于轨道结构允许的变形极限值[4]，一般情况下隧道的变形值不小于轨道结构的变形，但从安全运营的角度出发，隧道结构变形必须服从轨道结构的变形，从而防止整体道床与轨道脱离，轨道结构变形允许极限值应符合轨道养护维修规则。钢轨每3 m的垂直偏差应不大于0.3 mm[5]，根据对模型各工况下隧道沉降值计算，并对各阶段沉降差值最大段落进行测量得各施工阶段中最大沉降差值为每30 m垂直偏差1.1 mm，满足相关规范要求，不会影响隧道安全。

2)隧道主洞衬砌轴力及弯矩最大及最小值主要集中在与横通道相连位置处，其绝对值远大于其他典型断面处的轴力及弯矩，主要因为隧道与横通道连接处为异型断面，受力情况复杂，容易出现应力集中的问题,由于在Midas GTS NX建模过程中隧道主洞与横通道连接段衬砌钢筋，钢架，托梁等细部结构很难在模型中体现，但实际施工中连接段一定有相应的加强支护措施，故实际工程不会出现如模型中如此之大的应力集中。通过典型断面处轴力及弯矩值计算隧道[6]上方基坑开挖及桩基加载，不会对二衬结构造成很大影响。

3)从现场变形监测值看，采用GTS三维数值计算值偏大，特别是基坑开挖后的回弹变形值，这与建模分析中采用的本—构关系很大，在实际工程中可进一步探索相关改进措施。