新建隧道穿越既有建筑研究方案探究

新建隧道穿越既有建筑研究方案探究

潘荣燊贾慧敏

（西南科技大学，四川绵阳621000）

摘要：二十世纪末，随着国家经济水平的提升，基础设施建设得到较大发展。为了提高我国的交通运输能力，修建了大量的隧道、桥梁、公路，随着路网的建设的完善，新建隧道穿越既有建筑的情况屡见不鲜。因此，对新建隧道穿越既有隧道的研究方案进行探究具有较大的社会意义。

关键词：新建隧道；既有隧道；研究方式

1.国内外研究现状

目前，国内外学者对于近接隧道施工方案已经有了较成熟的解决方案，研究主要包括前期勘察，数值模拟，现场试验等但由于现场环境较为复杂，且很多地质条件勘察未体现出来，在实际修建隧道过程中，往往会因此而延误工期，因此，一套合理的隧道研究方案能够有效指导隧道的合理开挖。

兰州交通大学杜立兵，严松宏，蔡白洁[1]等通过数值模拟对交叉隧道施工安全性进行模拟施工研究，认为与衬砌截面安全系数相比，开裂安全系数更适用于有限元法分析结构开裂，但由于应力计算未考虑方向，无法分析开裂的方向和数量。

西南交通大学章慧健，仇文革，孔超[2]等通过数值模拟对新建隧道近接既有建筑物施工的破坏模式进行了研究，新建隧道近接既有建筑物施工的破坏模式主要有：两者相距较近时的夹岩破坏和相距较远时的新建隧道本身单独失稳。两种破坏模式的临界状态即为新建隧道施工对既有建筑物有无影响的临界状态。

对于隧道近接施工研究，在现阶段科学研究中大量学者采用数值模拟、室内试验及现场试验等手段相结合进行研究。能够得出有效指导现场施工的优化方案。

2.研究内容

2.1数值模拟

在实际工程当中，往往先对拟修建建筑的现场进行勘察，得到相信的地质水文条件，了解当地特殊地质现象，预测可能发生的地质灾害，并确定围岩等级。得到勘察结果过后，便可对模型进行建模计算。在建立模型过程中，往往选择用ANSYS进行建模计算，但因土体位移较大，不适用于隧道施工模拟，因此常用ANSYS建模，再导入到Flac3D中进行模拟计算。在计算过程中，尤其要注意边界条件的选取和参数设置，这些工作将直接影响模型计算结果的正确性。

2.2室内试验

室内试验过程中，最重要的是前期方案确定，需对实际模型进行简化，简化主要按照相似理论进行。模型试验中几何相似比尺的设计存在一定问题，可能使得隧道模型反演的原型隧道应力和弯矩等方面产生误差，不能合理的模拟实际情况。此外，需要进行采用正确的试验模拟方案，包括材料相似性，施工相似性，时间步长相似性。

研究的重点主要集中于分析几何相似程度对隧道模型和隧道原型结构之间应力和弯矩结果的影响，论证模型试验中几何相似程度对定了模型相似比尺设计的合理性。

2.3现场试验

现场试验往往是对既有建筑进行施工监控。

2.3.1监测量测项目及方法

在交叠段施工时，需对铁路隧道进行以下监控量测。

（1）净空收敛位移量测

在隧道的边墙的墙中两侧布置收敛观测点，采用收敛计进行监测，收敛值控制在≤3mm。

（2）拱圈竖向位移量测

在隧道拱顶布设测点，用收敛仪进行观测，沉降控制值≤5mm。

（3）已有原始裂缝发展情况量测：

对已有裂缝的宽度、深度、长度及错台情况进行监测，采用游标卡尺、钢卷尺、超声深度测试仪进行监测。

项目部测量人员每天对数据进行归类整理，对出现异常情况的部位重点跟踪并及时上报。

2.3.2监控量测布置

（1）既有隧道

为保证既有隧道行车安全，对既有隧道开展整体沉降、轨道检查等监测项目。同时采用人工检查的巡检方式，检查有无新增开裂、掉块、渗水等现象，预防由于新建隧道上跨带来的运营风险，以上检查项目均安排在天窗时间进行。

表1既有隧道监测项目及布置一览表

（2）轨道检查

交叉段落爆破开挖期间采用轨道检查仪对既有隧道与新建隧道洞内交叉点前后各50m范围内进行轨距、水平、三角坑、轨距变化率、左右轨向、左右高低、等项目的检查。轨道检查结合铁路工务段日常检查进行。

3.本文介绍研究内容的优点

（1）方案得到普遍运用和认可

确定隧道施工方案是一个复杂的过程，从既有建筑施工监测到数值模拟和室内试验，都需要耗时耗力。在方案优化过程中，室内试验能够验证数值模拟的正确性，为现场施工建立基础，而现场试验数据又能反过来验证数值模拟的准确性。因此，研究过程中往往采取此类研究方案。尤为重要的是，如果参数设计较好，数值模拟往往能够得到可信度较高的结果，但如果参数设置有误，虽不能得到较好的数据，但是仍然能够通过计算结果的规律性与室内试验及现场试验进行对比。

（2）方案容易实现

数值模拟和室内试验是常常采用的研究方法，具有方便快捷、节省人力物力财力的优势，且最后结果具有较高的指导意义。在研究过程中，往往只需要专业软件和室内试验的设计便能得到相应施工方案，而现场监测本就是任何一个工程需要做的工作。因此，将这三者结合不需要更多的工作即可有效指导现场施工。

（3）数据可信度高

由于研究采取模型试验及现场试验相结合的方式进行，因此数值模拟结果能够直接反映现场工程工况，可信度高。

4.总结与展望

随着我国经济水平及科学技术的飞速发展，新建隧道上穿或下穿既有隧道、桥梁、房屋的情况屡见不鲜，现有设计施工往往采取较为保守的方式进行，对于穿越情形复杂和简单的工程一概而论，而往往会造成施工浪费。相信在科技人员的努力下，我国对地下空间的探索会更加深入。

参考文献

[1]杜立兵,严松宏,蔡白洁.小净距空间交叉隧道台阶法施工安全性研究[J].隧道建设,2013,33(05):378-382.

[2]章慧健,仇文革,孔超.新建隧道近接既有建筑物施工的破坏模式研究[J].现代隧道技术,2016,53(04):97-101+115.

作者简介：潘荣燊（1999.04），男，江西赣州人，本科在读，西南科技大学，土木工程；

贾慧敏（1998.12），女，辽宁沈阳人，本科在读，西南科技大学，土木工程造价。