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高速铁路隧道下穿高速公路地表沉降影响分析

崔蓬勃;陈晶晶

【摘要】针对京沪高铁金牛山隧道下穿既有公路的地表沉降影响，运用有限元软

件ANSYS对隧道下穿既有公路进行数值模拟，考虑台阶法、双侧壁导坑法和CD

法3种开挖方式，得出地表沉降的规律，并通过对比高速公路路面沉降控制基准

值，对高速铁路隧道下穿高速公路的安全性进行了评价，结果表明，以变形控制为

基准的最优开挖方式为双侧壁导坑法。%Thispapercarriesoutanalysison

influenceofgroundsurfacesettlementofexistinghighwaywithJinniushan

tunnelofBeijing-Shanghaihigh-speedrailwaypassingbelow.Usingfinite

elementsoftwareANSYS,itconductsnumericalsimulationoftunnels

passingexistinghighwayfrombelow.Usingexcava-tionmethodsincluding

stepmethod,doublesidedriftmethodandCDmethod,itobtainstherule

ofgroundsurfacesettlement.Throughcomparingfiducialvaluesofground

surfacesettlementcontrolofhighways,thispaperevaluatesthesecurityof

highwayswithhigh-speedrailwaytunnelpassingbelow.Resultsshowthat

thebestexcavationwaybasedondeformationcontrolisdoublesidedrift

method.

【期刊名称】《江苏建筑职业技术学院学报》

【年(卷),期】2015(000)002

【总页数】5页(P21-25)

【关键词】高速铁路;隧道;下穿;地表沉降;ANSYS;数值计算

【作者】崔蓬勃;陈晶晶

【作者单位】江苏建筑职业技术学院矿业与交通工程学院，江苏徐州22111;江

苏建筑职业技术学院矿业与交通工程学院，江苏徐州22111

【正文语种】中文

【中图分类】U455.43

在高速铁路隧道(以下简称隧道)下穿既有高速公路时,施工期间引起的沉降变形将对

其使用和安全产生影响,继而引发许多工程问题.因此,对大跨浅埋隧道下穿高速公路

引起的地表沉降控制进行研究是非常必要的.隧道下穿高速公路要着重分析开挖引

起的地表沉降变形规律、隧道围岩的变形和施工力学效应以及对既有高速公路路面

的影响程度这三大类问题,涉及到新建隧道的断面形式及面积、所处地区的工程地

质及水文地质情况、隧道埋深和施工方法等内容.开挖之后,围岩所处的环境发生变

化,原本处于稳定有利围压状态的围岩由于开挖的卸荷作用,使之强度下降并开始出

现松动,加上既有高速公路路面上的汽车动荷载将会引起地表沉降,造成浅埋隧道一

系列工程问题.目前欧洲及西方很多国家在城市地铁隧道建设过程中,普遍采用

Peck[1]公式或类似的经验公式进行地表沉降量的预测.我国许多学者在吸收前人经

验的基础上,以国内的具体工程项目为参考提出了一些新的看法,如刘建航等人[2-3]

提出的“负地层损失”的理论.就是在Peck法基础上得出的.

浅埋隧道的地表沉降与围岩级别及开挖方式等因素有关.本文以京沪高铁金牛山隧

道下穿工程为例,对几种相关影响因素进行不同的工况组合及其计算分析,以得到不

同计算工况下的最合理的开挖方式、支护参数及相应的加固措施和施工方案.

京沪高铁金牛山隧道下穿京福高速公路C匝道以及高速公路正线.其中下穿匝道处

隧道埋深仅为9.8m,属超浅埋隧道,隧道与高速公路斜交.地勘报告显示隧道处围岩

为强风化花岗片麻岩,围岩软弱破碎,同时伴有地下水发育,施工风险很大.

隧道初期支护采用型钢配合喷混凝土.对初期支护喷混凝土添加适量的纤维,以提高

喷混凝土的材料性能.格栅或钢拱架采用3榀/2m设置,钢筋网片在支护拱、墙仰

拱分别布置,宜采用Φ8的钢筋,间距为15cm×15cm,用标号为C20的素混凝土对

隧道仰拱进行填充.隧道断面形式及几何尺寸如图1所示