王安詳

（貴陽市水利交通發(fā)展投資（集團）有限公司，貴州 貴陽，550001）

在既有小凈距隧道附近新建隧道的設計理念

王安詳

（貴陽市水利交通發(fā)展投資（集團）有限公司，貴州 貴陽，550001）

隨著我國城市基礎設施建設步伐的加快，在既有工程附近新建工程的情況逐漸成為普遍現象，而目前設計規(guī)范條文中相關的內容較少，甚至空白。以在既有隧道附近新建隧道為例，通過數值模擬分析，對新建隧道和既有隧道二者之間的相互影響進行了分析研究，為工程的設計、施工提供技術支撐。

既有隧道；新建隧道；施工工法；結構安全

0　引言

某城市準備新建BRT車道，但受線形、地形、周邊環(huán)境等因素影響，需在既有隧道附近修建隧道，如何減小二者之間的不利影響是工程建設的關鍵點之一。本文擬通過分析研究，為工程的設計、施工提供技術支撐。

1　工程概況

某城市擬在既有環(huán)線上新建BRT專用車道，新建隧道擬布置在既有小凈距隧道右上方通過，二者相對位置關系見圖1。既有隧道為雙向6車道小凈距隧道（毛洞凈距約4.5 m），內輪廓寬15.343 m，高9.749 m（見圖2）。新建隧道為單向兩車道隧道,隧道內輪廓寬11 m，高8.8 m（見圖3）。

國內大多數新建隧道與既有隧道呈一定角度相交，而該工程新建隧道與既有隧道的相對位置幾乎平行，因此相互影響范圍之大在國內較為少見。

圖1　新建隧道與既有小凈距隧道位置關系圖

圖2　既有隧道內輪廓設計圖（單位：mm）

圖3　新建隧道內輪廓設計圖（單位：mm）

2　模型建立

查閱既有隧道工程地質，主要以Ⅳ、Ⅴ級圍巖為主，建模時圍巖按Ⅴ級考慮，物理參數值參照現行規(guī)范[1，2]附錄A中附表A.0.4-1中的中值進行取值。考慮到隧道結構橫向尺寸遠小于縱向尺寸，因此采用平面二維模型可滿足精度要求。

對于既有隧道而言，考慮到初期支護作為安全儲備，故本次僅模擬既有隧道在二次襯砌支護下的受力分析。既有二次襯砌參數為：C30混凝土厚度60 cm。

對于新建隧道而言，因主要分析施工中對既有隧道結構的影響，因此僅模擬初期支護中噴射混凝土的作用，而噴射混凝土的受力性狀也可直接反映出初期支護的受力性狀。具體建模范圍見圖4。

圖4　隧道建模圖

3　計算結果及分析

3.1對既有隧道的影響

3.1.1施工工法

考慮到新建隧道的斷面大小，分別對CD法（先左后右）、CD法（先右后左）、臺階法、臺階臨時仰拱法4種不同施工工法對既有隧道的影響進行了分析。各工法施工工序見圖5～圖8。

圖5　臺階法施工工序圖

圖6　臺階臨時仰拱法施工工序圖

圖7　CD法（先左后右）施工工序圖

圖8　CD法（先右后左）施工工序圖

計算的結果顯示：無論采用何種工法施工，新建隧道的施作主要對右側既有隧道右側拱腰產生較大影響（見圖9），而對其他部位影響相對較小。

圖9　CD法（先左后右）對既有隧道變形的影響

右側既有隧道右側拱腰處結構安全系數見表1。

表1　不同施工工法右側既有隧道右側拱腰安全系數一覽表

由表1可以得出，對于既有隧道安全性而言，CD法（先右后左）>CD法（先左后右）>臺階臨時仰拱法>臺階法,因此，在新建隧道的施工工法選擇上，優(yōu)先選用CD工法。

3.1.2加固措施

由計算結果顯示，新建隧道的施工將引起右側既有隧道右側拱腰部位圍巖較大的變形，為此擬采取相應的加固措施。

雖然CD法（先右后左）相對于CD法（先左后右）而言更有利，但考慮到二者工法對既有隧道的影響相差較小，CD法（先左后右）相對而言可減小新建隧道施工對既有隧道的影響，因為先施工左側導洞可隔離右側導洞對既有隧道的影響，且可先行施工注漿加固，如圖10所示，加固后圍巖的物理力學參數參照現行規(guī)范[1][2]附錄A中Ⅳ級圍巖指標。

圖10　新建隧道左側導坑下部加固圖

加固后，經計算結構安全系數由2.538提高至2.630，由此可見采取必要的加固措施將有利于既有隧道的結構受力。

3.1.3圍巖應力釋放率

為了解新建隧道開挖后支護施作時機對右側既有隧道右側拱腰部位的影響，采用了不同圍巖應力釋放率進行模擬，如本次計算中圍巖應力釋放率10%+90%代表的含義為：隧道開挖后圍巖應力先釋放10%,然后施作初期支護，由初期支護承擔剩下90%的圍巖應力，其余則類同。

由表2可得出：新建隧道開挖后，如及時施作初期支護則可減少對既有隧道結構的不利影響。

表2　不同圍巖應力釋放率右側既有隧道右側拱腰安全系數一覽表

3.1.4新建隧道初支強度

為了解新建隧道不同的初期支護強度對既有隧道結構安全性的影響程度，計算中模擬了不同噴射混凝土厚度下，右側既有隧道右側拱腰的結構安全系數（見表3）。

表3　不同噴射混凝土厚度對右側既有隧道右側拱腰安全系數影響一覽表

由表3可以得出：新建隧道的初期支護強度大小對既有隧道結構的安全性影響程度是一樣的，因此增強新建隧道的初期支護強度不會減小對既有隧道結構的不利影響。

3.2新建隧道的結構受力特點

考慮到新建隧道結構的邊界約束條件由于既有隧道結構的存在而與通常條件下的新建隧道有所不同，且現有規(guī)范中也沒有類似的條文規(guī)定，為摸清既有隧道對新建隧道的影響，分別對無既有隧道、有既有隧道兩種不同工況進行了模擬計算，得出新建隧道不同部位的安全系數（見表4）。

表4　不同工況下新建隧道各部位結構安全系數一覽表

由表4可得出：在有既有隧道的工況下，新建隧道的右側拱腰、左右側隅角部位的結構安全系數會出現下降的情況，而拱頂、左側拱腰則出現了上升的情況。因此，就總體設計思路而言，新建隧道的結構體系較之一般設計而言需要加強，特別是隅角部位及右側拱腰部位。

4　結　論

由以上的分析，可總結得出以下設計、施工要點：

（1）選擇合適的施工工法（CD法）可有效減小新建隧道對既有隧道結構的不利影響。

（2）由于CD法（先左后右）的施工工序利于進行及時注漿加固，從而可以有效減小對既有隧道的不利影響，因此成為首選的施工工法。

（3）由于及時開挖、及時施作支護可以降低對既有隧道的不利影響，因此采用噴射鋼纖維混凝土替換噴射混凝土+鋼筋網，可以有效減小鋼筋網的作業(yè)時間，同時施工方應加快工序之間的銜接，減小洞身圍巖暴露時間，及時施作支護。

（4）新建隧道在工程類比的基礎上，切勿照搬以往設計參數，而是需要進行加強設計，特別是隅角部位及右側拱腰部位。

[1]JTG D70-2004,公路隧道設計規(guī)范[S].

[2]JTG/T D70-2010公路隧道設計細則[S].

[3]劉明高新建隧道近距離上跨既有鐵路隧道方案分析與研究[J].現代隧道技術，2012(5):79-84.

[4]畢強,吳金剛,馬杰.新建隧道近距離上穿既有隧道的力學分析及工程處理措施[J].鐵道建筑,2009(8):50-54.

[5]王曉梅,石文慧，等.新建隧道施工對鄰近既有隧道的影響及對策[J].鐵道建筑，2010(7):80-83.

U452.2

B

1009-7716（2016）10-0161-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.10.051

2016-06-27

王安詳（1978-），男，貴州貴陽人，高級工程師，從事市政工程現場管理工作。