0 引 言

近几年随着华北地区铁路线网密度逐渐增大，新建隧道下穿既有公路的工程逐渐增多.新建铁路隧道下穿既有公路的开挖过程中不可避免的对既有公路路基的稳定性造成不利影响，主要表现为路面产生不均匀沉降，严重的将会引起安全事故阻碍了既有高速公路的正常运营.因此，需要开展相关科学研究从而得出新建铁路隧道下穿既有高速公路施工引起的沉降规律，以减轻、消除和避免由于施工引起地表沉降的不利影响.

部分学者使用平面应变分析方法对新建隧道在开挖扰动过程中对既有构筑物稳定性展开研究[1-2].其中，诸多研究方法均基于数值模拟，结论表明在隧道穿越施工过程中应重点研究隧道的变形和应力分布[3-5].但目前铁路隧道穿越既有构筑物方面的计算分析和数值模拟均对隧道所处的复杂地质环境进行了不同程度的简化，对隧道开挖过程中的三维空间效应考虑不足.采用三维数值模拟可以较合理的研究隧道下穿施工对既有构筑物稳定性的影响，弥补二维数值模拟的不足，从而为保证下穿隧道安全施工和既有构筑物提供科学指导.

“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。”作为市政工程副经理兼总工程师的他总能身先士卒，冲在市政工程项目的最前列，面对困难，废寝忘食变成了他的常态，直到解决团队所面临的难题，才肯休息。这样的工作方式，让他早早地弯了腰，少了发。没有人不在乎自己的外貌，但是这个黝黑的汉子却依然奋斗在工程的第一线。

论文依托京张铁路祁家庄隧道下穿既有高速工程实例，运用FLAC3D软件建立三维数值模型，监测对不同开挖循环进尺条件下台阶法施工过程中隧道以及既有高速公路路基的变形量，以期为该穿越工程的安全施工提供借鉴.

为了验证SVD法的可靠性,采用一组含有高斯脉冲信号和随机信号等噪声信号进行试验仿真,其仿真信号y(t)为

1 工程概况

新建隧道拱顶沉降随掌子面距交叉点距离的变化规律如图4所示.分析得出,拱顶沉降随着掌子面的不断推进逐渐增加，最终趋于稳定.拱顶沉降随着循环进尺的增加，在开挖深度0m到30m时循环进尺越小，拱顶沉降越小，在30m到70m时，循环进尺越大，拱顶沉降曲线变化趋势越大，这可能跟单次开挖空间过大导致围岩相对稳定性降低有关.开挖完成后拱顶的最终沉降随循环进尺的增加分别为-3.18mm、-3.34 mm、-3.45mm、-3.51mm、-3.71mm，随着隧道循环进尺的增大，隧道动态施工对围岩的扰动越来越大，将进一步导致围岩失稳的产生.综合考虑可以选取循环进尺2m作为实际工程的开挖进尺.

  

图1 新建隧道与G6高速公路的平面位置关系

根据《公路桥涵设计通用规范》(JTC D60-2004)指出在隧道设计时，采用公路-I级车道荷载则产生的效应需要乘以0.8的折减系数，与此同时车辆荷载产生的效应可乘0.7的折减系数[6].按照等效原则将其换算为均布荷载，取均布荷载标准值为65kN/m.根据实地勘察资料及现行《铁路隧道设计规范》，模型材料结合经验进行取值[7-9]，见表1.

2 数值模拟

2.1 计算参数

台阶法开挖以及开挖进尺的选取能否有效确保开挖过程中新建隧道的安全性以及既有公路的正常运营将是重点的研究方向.因此，采用FLAC3D有限差分软件对新建隧道下穿既有高速公路的施工安全进行数值模拟分析将显得十分有必要.

 

表1 材料参数

  

材料名称弹性模量/GPa泊松比ν粘结力C/MPa内摩擦角(o)剪切模量/GPa体积模量/GPa初期支护2001720—1091276凝灰质砂岩2302127545092129二次衬砌30020————

2.2 模型建立

根据圣维南原理，隧道开挖对周围围岩稳定性的扰动范围为3B～5B(其中B为隧道直径)[10].模型尺寸长100m，宽100m，高68m，经优化后的网格共划分99600个单元，108865个节点.新建隧道下穿既有高速公路三维数值模型，见图2.其中，地层采用实体单元模拟，本构模型采用Mohr-Coulomb准则；隧道支护结构采用壳单元，并采用弹性材料模拟[11]；三维数值模型前后，左右以及下边界均设置法向约束，在路基范围施加竖直向下的均布荷载(即65kN/m).

  

图2 三维数值计算模型

不同开挖进尺下路基沉降分布如图6所示.分析得出：路基沉降随着开挖深度的增加逐渐增大，随循环进尺的增加路基沉降逐渐增加，开挖进尺越大，诱发围岩失稳可能性也越大，引起的路基沉降量也越大.

2004年6月26日—7月6日，黄河内蒙古三湖河口以下河段发生严重水污染事件，地方政府对乌梁素海的生态环境和周边污染源采取多项措施进行综合治理，在一定程度上促进了乌梁素海水质改善。据有关部门监测，2005—2008年，乌梁素海进水口水体总氮由6.03 mg/L下降至 1.31 mg/L，COD由54.4mg/L下降至26.9mg/L，总磷基本持平，说明水质已逐步好转。

3 计算结果分析

当掌子面推进至-30m位置，路基沉降曲线出现变化.以开挖进尺20m为例分析：当掌子面位置由-50m推进至-30m时，路基沉降变化值为0.093mm，占到最终沉降量的6.5%，当掌子面位置由-30m推进至-0m时，路基沉降变化值为0.73mm，占到变形量的46.7%；地面沉降随着隧道累计开挖长度以及循环进尺的增加逐渐增大，且主要是在隧道开挖影响范围内发生骤增，表明在隧道掌子面一定范围内围岩的扰动会对上部路基稳定性造成不利影响.

  

图3 目标断面监测点布置图 图4 不同开挖进尺条件下拱顶沉降

3.1 下部隧道拱顶变形特征分析

新建京张铁路祁家庄双线单洞隧道在里程DK144+694～DK144+804段下穿既有G6高速公路，隧道洞跨13m，交叉段隧道洞顶覆土33m，如图1所示.隧道穿越中生界侏罗系中统地层，岩性较复杂，主要以凝灰质砂岩(局部含砾或相变为砾岩)呈弱风化状态.地下水主要为基岩裂隙水，埋藏较深，水量较小.围岩分级属于Ⅳ级加强围岩.

3.2 隧道边墙变形特征分析

  

(a)右边墙侧向位移 (b)左边墙侧向位移

 

图5 不同开挖进尺下边墙侧向位移

不同开挖进尺下边墙的侧向位移如图5所示.分析得出，由于开挖后隧道周围的土体发生应力重分布导致周围岩体丧失了原有的稳定性而发生变形，隧道边墙在既有高速公路竖向行车荷载的作用下产生向外扩张的趋势.以开挖进尺2m为例分析隧道右边墙的侧向位移，随着隧道的开挖隧道边墙的侧向位移逐渐增加，最终趋于稳定.隧道边墙的侧向位移在开挖深度0m到30m时增长了6.7%，从30m到50m(交叉点处)增长了41.5%，从50m到70m时增长了43.5%，从70m到100m增长了8.3%.由此可得在交叉点前后30m开挖范围内，既有高速公路竖向行车荷载作用对隧道右边墙的侧向位移影响较大，在施工时应予以注意.

1.2.2 不同因素对花青素提取量的影响 参照文献[5-11]的方法测定不同因素处理山竹果皮花青素的提取率。

3.3 既有高速公路路基变性特征分析

  

图6 不同开挖进尺下路基沉降

数值模拟过程.计算中模拟隧道开挖时，通过赋予单元不同的位置和材料参数(见表1)，模拟隧道的分步开挖、初期支护以及二衬的施作过程.模型具体计算过程严格按照施工步骤进行.

鉴于新建隧道衬砌结构在交叉点区域往往处于不利状态[12]，故选取新建隧道中线与既有高速公路中线交叉点断面(即目标断面)位置布设监测点，见图3.分别监测目标断面(即x=0m处)新建隧道和既有高速公路路基变形量.

4 结 论

针对新建隧道台阶法的施工过程，研究了不同循环进尺下的隧道和既有高速公路路基的变形规律，其主要分析结果为：

(1)随着隧道循环进尺的增大，隧道动态施工对围岩的扰动增大，开挖过程中隧道拱顶下沉量相对较大，下穿隧道施工应控制好循环进尺的长度，以避免出现围岩坍塌等大变形的迹象.

(2)下部新建隧道在穿越上部既有高速公路的过程中，新建隧道边墙侧向位移逐渐增加，这一增加趋势在上下线路交叉点前后变化最为显著，在距交叉点±20m范围内产生的侧向变形占总变形量的53%—93%，随着隧道循环进尺的增大侧向位移不断增加.当开挖进尺较小时，围岩侧向变形主要发生在交叉段开挖过程中.

(3)随新建隧道循环进尺的增加，路基沉降逐渐增加，尤其是在距线路交叉点±30m范围内.隧道穿越上部高速公路后，一次开挖循环进尺2m较采用10m的循环进尺时，引起的路面沉降减小约11.2%.

参 考 文 献

[1]黄强,王正明.新建隧道下穿既有高速公路施工力学行为分析[J].岩土工程与地下工程,2010,30(6):100～104

[2]李文江,朱永全,刘志春.浅埋、软土隧道穿越铁路站场施工效应分析[J].石家庄铁道学院学报,2004,17(4):5～8

[3]毕继红,杜玉东,常斌.浅埋近距离双线软土隧道施工仿真模拟的有限元分析[J].特种结构,2007,24(3):102～106

[4]朱永全,李文江,李兵兵.下穿铁路隧道施工沉降控制标准研究[J].高速铁路技术,2011:58～62

[5]邹育麟,何川,汪波.新建隧道下穿既有高速公路三维有限元分析[A].全国公路隧道学术会议论文集[C],2009:117～123

[6]范立础,顾安邦.桥梁工程(第四版)[M].北京:人民交通出版社,2015

[7]申琼,刘伟平.丘陵地区凝灰质砂岩边坡崩塌灾害分析与治理[J].铁道建筑,2013,9:84～85

[8]黄强,王正明.新建隧道下穿既有高速公路施工力学行为分析[J].岩土工程与地下工程,2010,30(6):100～104

[9]黄锋,朱合华.开挖进尺对大断面隧道变形的影响[J].铁道建筑,2013,8:56～58

[10]袁竹.矿山法隧道下穿铁路沉降影响分区研究[D].成都:西南交通大学,2014

[11]刘颀楠.新建隧道正交下穿既有隧道合理位置的研究[J].铁道科学与工程学报,2016,13(11):2229～2234

[12]汪洋,何川,曾东洋,苏宗贤.盾构隧道正交下穿施工对既有隧道影响的模型试验与数值模拟[J].铁道学报,2010,32(2):79～85

从品种选择上来看，农场有专业的农业科技团队，可以根据合理的品种布局，选择最适宜的优质、高产、抗逆、耐密良种，且品种调整及时，规避了因选种带来的减产风险。农户在品种选择始终存在一定盲目性，主要靠“听说”、“经验”及经销商“推荐”，有几率选择不适宜的品种，产量得不到保证。