上下并行隧道先后下穿高速公路相互影响机理研究韩磊白阳阳摘要：西安地铁5号线二期地铁盾构隧道、市政昆明二路下穿道为上下并行隧道，并行隧道先后下穿绕城高速公路，其空间关系复杂、工程社会影响重大;上下并行隧道施工不仅对既有绕城高速造成一定影响，其施工相互影响也不容忽视，因此分析研究上下并行隧道开挖对既有道路影响及相互影响机理具有重要实际意义。关键词：地铁;隧道施工;高速公路;数值模拟;影响机理：U215.11研究背景城市地下工程事故一旦发生将会造成非常严重的社会影响。因此，在地下穿越工程施工中，除工程自身结构的安全风险外，环境安全风险的管理也是工程建设的重要内容。目前，城市隧道施工工法及经验丰富[1-2]，关于盾构下穿既有建（构）筑物施工已有大量研究，主要基于对地表、既有隧道、既有路基、商业住宅建筑等的影响[3-13]。关于盾构隧道下穿高速公路的研究，蒋彪[14]通过数值计算与实测相结合对长沙地铁2号线下穿京珠高速公路进行了分析;张火军[15]对盾构下穿高速公路盾构土仓压力、推进速度、同步注浆量及注浆压力等盾构措施进行了研究。现有隧道下穿既有建（构）筑物研究多数集中在空间较为简单方面，而隧道上下并行先后下穿既有高速公路的研究相对较少。文章以双线盾构隧道、昆明二路大断面隧道下穿西安绕城高速公路为背景，对不同工况下隧道施工过程进行数值模拟分析，研究地铁隧道、市政隧道下穿绕城高速公路过程中高速路基和先建隧道的变形及地表的变化规律，可为后续类似穿越工程提供技术支撑。2工程概况2.1隧道下穿段西安绕城高速工程概况下穿段位于西安绕城高速公路南段，阿房宫立交桥南侧（高速里程约为K39+500～K40+150），绕城高速南段项目于2000年10月开工建设，2003年建成通车。下穿段路基宽度35m，双向六车道，设计行车速度120km/h。2.2地铁隧道及昆明二路下穿道方案西安地铁5号线丰镐村—周吴村区间（简称“丰周区间”）全长1247.549m，区间隧道洞頂覆土约10.5～24.0m，线间距14.0m。在里程政法K18+999.000～政法K19+042.500、YDK19+005.000～YDK19+048.500下穿绕城高速，隧道距绕城高速路面最近约为14.4m。丰周区间采用盾构法施工，隧道横截面为圆形，其外径为6m，管片厚度为0.3m。鉴于昆明二路现阶段为规划道路，下穿道具体结构形式设计、施工方案尚未有确切资料。本文下穿道施工工法采用现阶段较为成熟的顶管法通过绕城高速。下穿道横截面为双跨矩形，其跨度为9m。地铁隧道、市政下穿道与绕城高速关系如图1所示。3控制标准3.1既有高速公路控制标准根据GB50911-2013《城市轨道交通工程监测技术规范》[16]规定高速公路与城市道路监测项目控制值应在调查分析道路等级、路基路面材料、道路现状情况和养护周期等的基础上，结合其与工程的空间位置关系和当地的工程经验进行确定，并应符合现行行业标准JTJ073.2-2001《公路沥青路面养护技术规范》[17]和JTJ073.1-2001《公路水泥混凝土路面养护技术规范》[18]的有关规定。结合既有地铁2号线盾构区间隧道下穿北绕城高速公路的影响，5号线二期丰周地下区间及规划昆明二路下穿绕城高速的允许沉降值为20mm，速率控制值3mm/天。3.2地铁隧道及市政下穿道控制标准GB50911-2013《城市轨道交通工程监测技术规范》综合各类技术规范要求和实测变形情况，给出城市轨道交通既有线隧道结构变形的监测项目控制值：即当无地方工程经验时，城市轨道交通既有线隧道结构变形控制值可按表1确定。4模型建立4.1模型概况地铁隧道行走于粉质黏土和中砂夹层，昆明二路下穿道主要穿越新黄土及古土壤。上覆为第四系全新统杂填土、第四系上更新系统残黄土，地下水位埋深7.80～30.60m，水位标高介于368.95～386.09m，地下水年水位变幅1～2m。为充分论证盾构隧道下穿绕城高速施工过程对既有绕城高速的不利影响，采用分析软件MIDASGTSNX[19]对隧道下穿绕城高速建立模型进行数值计算。4.1.1基本假设（1）假定各土层均匀分布，地表水平且无其他任何建（构）筑物;（2）由于土体厚度不大，故地层初始应力场按自重应力场考虑，不考虑构造应力的影响;（3）土体变形为各向同性，隧道结构材料选取为弹性模型;（4）计算过程不考虑水...