矿山法隧道下穿铁路沉降影响分区研究(3)

表卜２近接度的划分（隧道并列）

两座隧道的位置关系新建隧道比既有隧道高的位置

隧道间隔

＜１Ｄ’

接近度的划分限制范围要注意范同无条件范围限制范围要注意范围无条件范围

ｌ～２．５Ｄ’

＞２．５Ｄ’＜１．５Ｄ’

新建隧道比既有隧道低的位置１．５～２．５Ｄ’

＞２．５Ｄ’

注：Ｄ３为新建隧道的矫径

表卜３

两座隧道的位置关系新建隧道在既有隧道的上方

近接度的划分（隧道交叉）

隧道问隔

１．５Ｄ’

接近度的划分限制范闱要注意范围无条件范围限制范围要注意范围无条件范围

１．５～３．０Ｄ

３．０Ｄ２．ＯＤ

７

新建隧道在既有隧道的下方２．０～３．５Ｄ’

３．５Ｄ’

表卜４近接度的划分（隧道上部明挖）

残留埋深比ｈ／Ｈ

＜Ｏ．２５

接近度的划分限制范围要注意范围无条件范围

０．２５～０．５

＞０．５

表卜５近接度的划分（隧道上部填土）

原埋深Ｈ

＜ｌＤ

＜Ｏ．５＞１．Ｏ

填土高度比ＡＨ／Ｈ

＞Ｏ．５

接近皮的划分限制范围

要注意范围（填土荷载小于ｌ时，为无条件范围）

限制范围要注意范围无条件范围要注意范围无条件范围

１Ｄ～３Ｄ０．５～１．０

＜Ｏ．５＞１．０

＞３Ｄ

＜１．０

表卜６

近接度的划分（隧道上部结构物基础）

接近度的划分无条件范围要注意范围限制范同

＜１

隧道上部５ｍ以上的预计增加荷载０．０１Ｍｐａ

ｌ＂－－４＞４

西南交通大学硕士研究生学位论文

！）ｍ

ｍ

＿ｍ

－－＿．．

接近度的划分限制范围要注意范围无条件范围

第５页

ｍｌ蔓曼！曼曼

表Ｉ－７近接度的划分（隧道侧面开挖）

与隧道的距离

＜ｌＤ

１～２Ｄ

＞２Ｄ

表卜８近接度的划分（隧道接近锚索）

锚索与隧道的距离

＜Ｏ．５Ｄ

接近度的划分限制范围要注意范围无条件范围

０．５～１．０Ｄ

＞１．０Ｄ

表１—９近接度的划分（隧道上部积水）

积水规模

坝等的大规模积水（１００００ｍ３以上）

中规模积水（１００～１００００ｍ３）’小规模积水（小于１００ｍ３）

接近度的划分限制范围要注意范围无条件范用

表１－１０近接度的划分（地层振动）

与隧道的距离２Ｄ以下

２，、一５Ｄ

接近度的划分限制范围要注意范围无条件范同

５Ｄ以上

日本对近接施工的研究，虽较为全面，但多凭经验，缺乏系统的理论分析，且无分区指标的统一表达式；日本铁路系统指南的分区，两个标准不统一，存在多解或突变性，公路系统的指南在其后发表，虽然作了改进，建立了统一分区，但没有区分不同空间位置的影响，且隧道尺寸代表值为新、旧隧道宽度的平均值，

不合理。日本对盾构法近接隧道的影响分区标准较为简单，尚无详尽的分区标准。

在限制范围内如何进行深入的影响程度预测和对策优化未做深入细化。

仇文革【ｌＪ在研究继承和总结前人及课题成果的基础上，提出按近接施工引起

的力学行为变化特征，即按受力特征进行分类。并按工程修建的时间先后关系、空间位置关系及其施工方法的不同而不同，确定按时间、空间、工法三要素下受力特征属性进行分类。共分三大基本类型和３６小类，三大基本类型为：（Ｉ）新

建工程接近既有隧道施工类、

（ＩＩ）新建隧道接近既有工程施工类（ＩＩＩ）两条及

以上新建隧道近距离同期施工类。近接分区标准仍参照日本指南的提法，即分成强影响区、弱影响区和无影响区，并提出了近接分区的统一表达式，在此基础上进一步提出了近接分度和对策等级的概念和计算方法。

郑余朝【２】在文献［１】的相关近接理论的基础上，定义了几何近接度、近接影响度的概念及表达式；研究了近接施工中的地表沉降、钢筋混凝土结构的强度以及动静荷载比的判别准则，确定了上述各判别准则的相关阈值标准；分别基于不同判别准则对近接影响度表达式中的几何近接度影响修正系数ａ帕，埋深影响的修正系数ａ研和综合系数Ｋ，进行了研究，并得到了相关近接影响分区表达式及分区图；

量曼曼曼Ｉ西南交通大学硕士研究生学位论文ＩＩ一＿；ＩＩＩ；Ｉ＝；ＩＩ皇！舅曼皇曼曼曼曼！曼曼皇曼蔓量曼！曼曼曼曼曼曼曼邑曼曼曼曼曼第６页

利用数值模拟，离心模型试验和现场测试研究了三孔并行盾构隧道近接施工的应力场、位移场和结构内力的演变规律，指出了该类近接施工的控制关键及其力学原理，阐述了盾构施工参数和对策分级标准。

龚伦【３Ｊ通过云南省盐津县白水江三级电站引水隧洞下穿内昆铁路手扒岩隧道近接工程研究了正交或大角度相交、深埋、新建／后修隧道上穿或下穿既有／先修隧道的上下交叉山岭隧道（矿山法施工）的静力、动力影响和对策。

有关隧道近接施工影响分区和分度的相关方法详见第二章。

１．２．３关于隧道下穿铁路近接施工的研究

１．２．３．１隧道施工引起地层移动研究现状

隧道下穿铁路近接施工，主要是隧道施工引起地表损失造成路基沉降、轨道变形而危及行车的问题。

隧道施工引起路基位移与常规隧道施工引起地层位移的机理基本相同，而轨道结构层的位移则不尽相同，其差异在于道砟层与常规地表层有所不同，一般铁路的轨道结构分为有砟轨道和无砟轨道，有砟轨道一般为碎石道床，无砟轨道则常为水泥混凝土或沥青混凝土道床。关于隧道施工引起的地层和地表沉降变形问题前人进行了卓有成效的研究。

姚海波１６２ｌ提到采用暗挖法进入施工，不可避免要导致沿前进方向上的地层扰动和土体的损失，在自由表面上形成不同深度和宽度的沉降槽，这必然会对地表周围环境造成一定的影响。地表的变形和围岩的物理力学性质有着密切的关系，随着围岩类别的降低，围岩的强度和自承能力降低，围岩松动圈向外扩展，土体间的压密变形增大，从而引起地表沉降值增大。隧道开挖引起的典型的土体变形模式如图１．１。

图卜１隧道开挖引起地表沉降示意图

对于地表纵向下沉，变化过程可分为四个阶段：微小变形阶段：当掌子面开挖到与测点距离一１．ＯＤ～－２．ＯＤ时，即开始对地

西南交通大学硕士研究生学位论文第７页

表产生一定的影响，造成一定范围内的沉降，变形量约占总变形量的１０＂－１５％左右。主要是由于工作面的开挖导致前方地层应力场发生变化以及地下水的流失而引起的轻微变形。

变形急剧增大阶段：随着掌子面向前推进，距测点在一１．ｏＤ～３．０Ｄ内时，地表变形速率加速增长，变形量急剧增大，此阶段变形量约占总变形量的６０＂－－７０ｏＡ左右。该阶段变形主要是由于隧道的开挖而造成边界条件发生改变，对覆盖层土体产生扰动，引起应力场的重分布，产生卸载效应，为施工过程中的主要阶段。

缓慢变形阶段：当掌子面向前开挖超过测点３．０Ｄ以后，变形速率开始减缓，变形量缓慢增加，沉降曲线开始收敛，一直延续到５．０Ｄ，此阶段变形量约占１０～１５％左右。

变形基本稳定阶段：当掌子面距测点５．０Ｄ后，沉降增长缓慢，直至延续到８．０Ｄ，地层趋向稳定状态，此阶段变形量约占总变形量的５％左右。

隧道施工所引起的地表沉降的预计方法很多，主要有以下几种：

（１）经验公式预估法

即根据隧道开挖后地表沉降槽的形状，采用一定的曲线形式表示，再根据地表沉降实测结果或已有的资料，确定曲线的具体特征参数。Ｐｅｃｋ及其他学者和工程技术人员作了大量工作，使之成为目前应用最为广泛的预测隧道施工地表沉降的方法。Ｐｅｃｋ［８】认为，在不排水情况下，隧道开挖所形成的地表沉降槽的体积应等于地层损失的体积。他假定地层损失在整个隧道长度上均匀分布，隧道施工所产生的地表沉降横向分布近似为一正态分布曲线，因此提出如下横向地表沉降分布的预计公式

ｓ（ｘ）＝ｓ懈ｅｘｐ旨）一ｙ２

（１一１）

‰＝老＝去（１－２）

式中：Ｓ（∞——距离隧道中心轴线为Ｘ处地表沉降值

巧——施工引起的隧道单位长度地层损失；

蹁。ｘ——隧道中心线处地表最大沉降量；卜地表沉降槽宽度系数（ｍ），即隧道中心至反弯点距离，有许多经验

公式，如ｉ＝Ｚ／［２，ｒｔａｎ（４５０－缈／２）】，０’Ｌｅｉｌｙ经验公式ｆ＝忽等，Ｚ为隧道埋深（自盾构中心至地表面的竖向距离，ｍ）；矽为土体内摩擦角（。）。

公式（１．１）和（１．２）中，需要确定乃和ｉ两个参数：这些参数与隧道开挖深度、断面尺寸、地层条件和施工条件密切相关，Ｃｏｒｄｉｎｇ、Ｃｌｏｕｇｈ、Ｓｃｈｉｍｉｄｔ等许多学者也对参数的取值进行了大量研究，给出了许多经验取值【９ｌ。

英国Ａｔｅｗｅｌｌ（１９８１）Ｉｌｏ】也假定沉降槽为正态分布曲线，给出了估算地表沉降的经验公式，英国Ｏ．Ｒｅｉｌｌｙ和Ｎｅｗ（１９８２）ｕＩＪ根据英国隧道的现场数据进行多元线性回归分析，亦得出与Ａｔｅｗｅｌｌ相似的公式估算地表沉降。日本学者竹山乔曾总结弹

西南交通大学硕士研究生学位论文第８页

性介质有限元分析成果，并根据实测资料加以修正，得到估算地面沉降的公式。１９８２年，藤田研究了不同盾构型式对地层移动的影响，根据围岩的种类、盾构型式及辅助施工法的不同给出了地表最大沉降量的预测值及其误差。

１９９８年Ｌｏｇａｎａｔｈａｎ和Ｐｏｕｌｏｓ［１２】提出了预测地表沉降的解析解：