浅埋条件下超近距离立体交叉隧道施工相互影响研究

贾世杰

【内容提要】本文依托长沙西北下行联络线罗家一号隧道下穿新建杭长正线曾家岭一号隧道为工程背景，运用理论分析及数值分析等技术手段，对浅埋条件下超近距离立体交叉隧道施工力学行为及施工对策进行了系统研究，提出以位移与衬砌应力增量控制为准则的浅埋条件下超近距离立体交叉隧道近接施工的影响分区标准，确定了浅埋条件下超近距离立体交叉隧道近接施工的影响分区标准，即强影响区、弱影响区以及无影响区，找出了近接施工过程中控制的关键环节，进一步指导了施工，确保施工安全。

关键词：浅埋地层 超近距离 立体交叉 三维 数据分析 近接施工 影响分区

1、依托工程概况

曾家岭一号隧道和罗家一号隧道由中铁三局集团有限公司承建，曾家岭一号隧道进口里程DK913+680，出口里程DK913+852，隧道全长172m，其中DK913+835～DK913+852长17m采用明挖法施工。里程在DK913+705处扬子公路垂直跨过曾家岭一号隧道洞顶，隧道拱顶距离扬子公路路面5.0m。罗家一号隧道为单线隧道，全长1040m，两隧道立体交叉，交叉位置在曾家岭一号隧道出口向进口方向35m处，平面交叉角度为23°。上部曾家岭一号隧道，埋深2-12m。下部罗家一号隧道拱顶标高距离上部曾家岭一号隧道隧底标高仅1.3m。属于超近距离立体交叉。罗家一号隧道属于Ⅴ级泥岩地质，采用上下台阶开挖施工。曾家岭一号隧道属于Ⅴ级泥岩地质，采用三台阶临时仰拱法施工。曾家岭一号隧道与罗家一号隧道位置关系如图1-1所示。

本项目同时新建的两座近接隧道，上部隧道埋深2～12m，隧道间近距仅为1.3m，且上部杭长线为350km/h的高速铁路，隧道开挖面积达152.4m2，此类浅埋条件下超近距离立体交叉大断面隧道的工程在国内外实属罕见。在这种背景下开展浅埋条件下超近距离立体交叉隧道施工顺序及施工方法的研究，以期一方面通过研究指导本工程的施工，降低工程风险，提高经济效益；另一方面通过可形成超近距离立体交叉隧道的施工工法，为类似工程的施工提供借鉴。

图1-1 隧道位置三维示意图

2、近接影响程度的判别准则及分区标准

2.1 近接影响程度的判别准则

在影响程度的判别中，最为关键的是划分的依据，也就是判断准则（criterion）问题。准则可从地层和结构两大方面考虑，分为五个基本型，其选择应根据近接类型而定，见表2.1-1。

按引起应力重分布的梯度变化范围和应力集中度（系数）划分：弹性准则（Ⅰ～Ⅱ级围岩）；弹塑性准则（Ⅲ～Ⅳ级围岩）。与应力状态侧压力系数（λ）有关，一般情况下μ在0.15～0.35之间变化时，则得λ在0.18～0.54之间变化，对高地应力及构造应力较大时，则需另作分析。本准则应为最严格（苛刻）条件，所以定的范围值偏大。对于软土地层，该准则应用较少。

2）塑性区准则

按塑性区不叠加（处于临界状态）确定分区指标。

考虑近接施工引起周边应力重分布后若仍处于弹性状态时，说明围岩强度仍有潜力，对既有结构引起的受力变化不大，只有出现塑性区且与既有侧连通时，才会引起对既有结构物的较大影响。这种条件较应力准则有所放松。

3）位移准则

按新建工程引起既有结构物处的地层变位程度划分影响区域的准则。

当既有结构对位移响应最强，如基础等的不均匀沉降，地表下沉及隧道的纵向位移等情况下，则应按位移值大小划分影响区域和近接度。

4）既有结构物强度准则

按新建工程引起既有结构物承载力改变程度划分影响区域和近接度的准则。既有结构的健全程度及新建工程对其的影响程度将直接影响区域指标的划分。既有结构健全度越高，允许接近的距离越小，反之则越大。

5）既有结构物刚度准则

按新建工程引起既有结构物形状改变程度及内部构造物允许的变位要求来划分影响区域的准则。

6）复合准则

有些类型条件下，需同时考虑1～5中两种及以上准则的组合运用。

2.2 近接施工影响的分区标准

近接施工的影响不仅存在着局域性，而且在局部的范围内应力重分布是有梯度变化的，即影响程度不同，一般可认为与距离的n次幂成反比，因此提出与距离直接相关的近接施工影响分区及标准。日本的铁路隧道、公路隧道近接指南中均给出了基本接近的影响分区标准，见表2.2-1。

表2.2-1 分区标准

近接区划 特征 对策

A：强影响区 新建工程对既有结构物有影响，且影响较强，通常会产生危害。 必须从施工方法上采取措施并根据既有结构物的强度、变形量等来研究影响程度，而后采取相应措施。同时对既有结构物和新建结构物进行量测管理。

B：弱影响区 新建工程对既有结构物有影响，但影响较弱，通常不会产生危害，但需注意。 一般以采用合适的施工方法为对策，并根据既有结构物的强度、变形量等来推定容许值，再决定是否采取其他措施；为施工安全，要对既有结构物和新建结构物进行量测管理。

C：无影响区 一般不需要考虑新建工程对既有结构物的影响。 一般不需要采取措施。

3、立体交叉隧道相互影响的理论分析

3.1 理论分析

对于上下交叉近接隧道工程的影响问题，主要考虑的是纵向效应。落入新建隧道弱影响区的既有隧道部分要考虑纵向效应；落入新建隧道强影响区的既有隧道部分除考虑纵向效应外，还要考虑横向效应。

《隧道工程施工要点集》（关宝树，2011版）中对隧道交叉情况下的近接影响范围做了详细论述：新建隧道在既有隧道上方交叉时，既有隧道会向上拉伸变形和位移。在非常近接时，会损伤既有隧道的拱作用，而使既有隧道的衬砌荷载增大。此外，也可能受到新建隧道内活荷载的影响。

隧道交叉对既有隧道的影响决定于以下条件：两个隧道的间隔、两个隧道的相对位置关系、新建隧道的大小、新建隧道的施工方法、地形和地质条件、既有隧道衬砌结构安全和健全度等。隧道交叉式近接度的示意见图3.1.-1。

图3.1-1 近接度的划分（交叉隧道）

为了确定罗家一号隧道（下）施工对上部围岩及曾家岭一号隧道（上）施工受罗家一号隧道（下）近接施工产生影响的范围，根据上述理论，通过罗家一号隧道（下）中心作45 ?斜线作为地层中潜在的破裂滑移面，确定罗家一号（隧道下）对上部岩体的影响范围，见图3.1-2；同理，由曾家岭一号隧道（上）中心向下作45?斜线以两交叉隧道的近接影响分区标准确定罗家一号（下）的影响范围，见图3.1-3。

图3.1-2 曾家岭一号隧道受罗家一号隧道施工影响的横向范围（单位：m）

图3.1-3 罗家一号隧道受曾家岭一号隧道施工的横向影响范围（单位：m）

由于罗家一号隧道与曾家岭一号隧道斜交为23?，图3.1-2与图3.1-3只为其横向影响范围，根据横向影响范围及斜交角度可以知道其纵向影响范围如图3.1-4，3.1-5所示（虚线为未建隧道）。

图3.1-4 罗家一号隧道对曾家岭一号隧道所处围岩的主要影响区域（单位：m）

图3.1-5 曾家岭一号隧道对罗家一号隧道的主要影响区域（单位：m）

由图3.1-4及3.1-5可知，曾家岭一号隧道对罗家一号隧道的纵向影响范围为78.5m（约5.2D，D为曾家岭一号隧道开挖洞径）；罗家一号的纵向影响范围为77.8m（约为5.2D）。

4 、判别准则及其阈值研究

4.1判别准则的确定

在上下交叉隧道类近接工程的影响研究中，主要研究对象为既有隧道，侧重于考察既有隧道结构受新建隧道的影响范围、影响程度问题，该类工程中对既有隧道结构监测内容主要包括：位移（沉降）、应变（通过材料参数计算应力增量），本工程虽两个都为新建工程，但是两个隧道并不同时施工，在罗家一号修建完成且二次衬砌的强度达到设计强度的100%后再修建曾家岭一号隧道，即可以将罗家一号隧道视作既有隧道，为使研究具有工程实际意义，与之相对应，本文研究中将采用位移和既有（新建）结构物强度准则进行研究。

（1）位移准则

以既有隧道拱顶处容许拉应力为依据，确定位移沉降的控制阈值。由沉降引起的既有结构变形规律可知，由于上部隧道的开挖，产生“卸荷”作用，罗家一号隧道拱顶受拉较为严重。两个隧道位置关系为小角度上下交叉，且罗家一号隧道二次衬砌已经施做，故罗家隧道刚性较大，按刚性结构进行分析。

根据铁路隧道的正常使用要求，隧道在地层变位时所产生的变形应力不应超过其容许应力，建立下部隧道受上部隧道开挖影响的受力模型，见图4.1-1。

本工程中，罗家一号隧道按照刚性结构分析，由于刚性结构在受力变形过程中其每个单位长度的范围内变形是相同的，且在这个单位长度内超过极限变形结构就会开裂，故本次计算单位米进行计算，取最小 ， =1m，再由《铁路隧道设计规范》知铁路隧道 （C35）混凝土的容许抗拉强度为2.2MPa、弹性模量为32GPa，则由式（4-1）计算允许垂直沉降为Smax=11.7mm。

（2）既有结构物强度准则

日本铁路隧道近接施工指南中，从结构物稳定出发，后建隧道对先建隧道的影响以应力增加的容许值为基准，见表4.1-1。

4.2影响阈值的确定

对罗家一号隧道支护结构的沉降及应力控制标准应根据研究方法讲行分别确定，本次采用了数值模拟对其进行了研究。

由于数值模拟选取的各种材料的物理力学参数及本构模型与实际工程会有一定的偏差，且在计算中结构采用了材料的均一性、各项同性等有利于计算结构的假设，为了结构安全，认为小于阈值的40%作为无影响区，是正常施工范围；在阈值的40%～100%之间为弱影响区，是需要注意范围；超过阈值的100%作为强影响区，是需要采取对策范围。由位移及强度两准则确定各控制标准阈值见表4.2-1。

5 、立体交叉隧道相互影响的施工模拟分析

由于近接隧道的施工问题为经典的三维空间问题，其不仅需要考虑两个近接隧道的横向影响还要考虑其纵向影响，尤其是立体交叉隧道在不同的位置下，其空间分布形态及近接位置都不相同，所以平面应变假设不能成立，只能才有三维有限元进行模拟，三维数值模拟分析虽然所需时间多、对计算机硬件要求高，但能够将时间和空间效应、地层和支护结构在施工过程中的纵向力学效应和既有隧道受新建隧道施工的影响过程模拟出来，全面了解既有隧道受新建隧道近接施工产生的影响。故本文对立体交叉隧道施工问题的数值模将全部采用三维有限元分析，对立体交叉隧道之间的相互影响进行全过程数值模拟研究。

5.1 计算模型

采用FLAC3D大型通用有限元软件进行计算分析，为了尽可能的消除边界影响，该计算模型取长130m、宽100m、高80m，共322857个节点，86160个单元，整体网格划分如图5.1-1所示，其中实体单元采用莫尔–库仑弹塑性准则来模拟土体，弹性实体单元及shell结构单元来分别模拟隧道二次衬砌和初期支护。

图5.1-1 FLAC3d计算模型

5.2 计算荷载与施工状态模拟

计算荷载主要考虑地层的自重应力和混凝土衬砌的重力。开挖效果的模拟采用空单元法来实现，即在保证方程不出现病态的情况下，把要挖掉单元的刚度矩阵乘以一个很小的比例因子，使其刚度贡献变得很小可忽略不计，同时使其质量、荷载等效果的值也设为零，这样便可在整个开挖计算过程中采用同一个有限元模型。

计算中具体的施工步骤为：形成初始地应力场 罗家一号隧道开挖 罗家一号隧道初期支护施作 罗家一号隧道二次衬砌施作 曾家岭一号隧道开挖 曾家岭一号隧道初期支护施作 曾家岭一号隧道二次衬砌施作。

整个施工过程按照实际施工步骤进行：

（1） 单线隧道开挖顺序

1-上台阶开挖立拱架喷锚支护；2-左下台阶侧壁开挖拱架喷锚支护；3-右下台阶侧壁开挖拱架喷锚支护；4-开挖施工仰拱全环封闭。隧道施工步骤如图5.2-1。

（2） 双线隧道开挖顺序

1-上台阶开挖支护立钢架喷锚支护；2-设临时钢架喷混凝土封闭；3-中台阶左侧壁开挖立钢架喷锚支护；4-中台阶右侧壁开挖立钢架喷锚支护； 7-下台阶左侧壁开挖立钢架喷锚支护；8-下台阶右侧壁开挖立钢架喷锚支护，全换环封闭。隧道施工步骤如图5.2-2。

施工状态模拟示意图见图5.2-3，目标考察面见图5.2-4。

图5.2-1罗家一号隧道施工方案

图5.2-2 曾家岭一号隧道施工方案

图5.2-3 施工状态模拟示意图

图5.2-4 研究断面图（交叉断面）

5.3 计算结果分析

分析中主要以沉降、应力增量来讨论上下交叉隧道的影响范围及影响程度等问题。

1、罗家一号隧道施工对上部围岩的影响分析

取两个隧道交叉断面对其进行分析，罗家一号隧道施工完成后的竖向位移、最大主应力、塑性区分布图见5.3-1～5.3-3。

图5.3-1罗家一号隧道施工完成后围岩竖向位移（单位：m）

图5.3-2罗家一号隧道施工完成后围岩最大主应力（单位：Pa）

图5.3-3罗家一号隧道施工完成后围岩塑性区分布

由上图可以看出，由于罗家一号隧道断面较小，罗家一号隧道开挖完成后最大竖向位移仅为-8.1mm，且最大主应力的分布受罗家一号隧道的开挖扰动较小，围岩塑性区分布范围也较小，并未发展到曾家岭一号隧道所处围岩区域，即对上部围岩扰动较小，对曾家岭一号隧道的施工较为有利。

2、曾家岭一号隧道施工对罗家一号隧道的影响范围分析

分析中主要以沉降、应力增量来讨论上下交叉隧道的影响范围及影响程度等问题。

（1）曾家岭一号隧道施工对罗家一号隧道影响范围分析

1）沉降分析

取罗家一号隧道与曾家岭一号隧道交叉断面的左右边墙、左右拱腰、拱顶等特征部位沉降与距上穿曾家岭一号隧道掌子面（以下简称掌子面）的水平距离（以下简称距离）关系曲线进行分析，如图5.3-4、5.3-5所示。

图5.3-4特征部位示意图

图5.3-5 罗家一号隧道特征点沉降增量与距曾家岭一号隧道掌子面的关系曲线

由图5.3-5可知，由于曾家岭隧道的开挖使下穿罗家一号隧道产生了一定的“卸荷”作用，使罗家隧道发生了整体上浮，曾家岭隧道掌子面靠近的左侧先发生上浮，离掌子面较远的右侧后发生上浮，最大上浮增量发生在拱顶处，其值为3.7mm，最小上浮增量发生在右边墙，其值为2.83mm。

最大位移增量为3.7mm，小于弱影响的沉降阈值（4.7mm），此沉降说明曾家岭一号隧道施工对罗家一号隧道无影响。

2）应力增量分析

A、第一主应力

罗家一号隧道考察特征点第一主应力应力增量与距曾家岭一号隧道掌子面距离关系见图5.3-6。

图5.3-6 罗家一号隧道第一主应力增量与距曾家岭一号隧道掌子面距离关系曲线

（压应力为负，拉应力为正，单位：MPa）

第一主应力增量除拱顶外，其余考察点在掌子面未到达之前，均有压应力增量产生，最大压应力增量发生在左边墙，其值为-0.44MPa；右拱腰、左边墙、右边墙在掌子面离开之后压应力增量均随掌子面的推进而增大，最大拉应力增量（-0.49MPa）发生在左边墙，且这三点在掌子面离开15m后应力增量不再增加；拱顶、左拱腰在掌子面离开后压应力在逐渐减小，左拱腰减小到-0.1MPa后便不再减小，拱顶在掌子面离开5m后由压应力转变为拉应力，且应力值趋于稳定，该点在掌子面离开5m时拉应力增量（0.06MPa）未超过弱影响拉应力增量阈值 （0.4MPa）；最终状态是除拱顶外应力增量全为压应力，拱顶、左右拱腰及左右边墙处的最终应力增量值分别为0.04MPa、-0.1MPa、-0.24MPa、-0.49MPa、-0.49MPa。

由以上应力增量分析知，最大拉应力增量为0.06MPa，远小于弱影响拉应力增量阈值（0.4MPa），最大压应力增量为-0.49MPa，远小于弱影响压应力增量阈值（2.0MPa）。

B、第三主应力

罗家一号隧道考察特征点点第三主应力增量与距曾家岭一号隧道掌子面距离关系见图5.3-7。

图5.3-7 罗家一号隧道第三主应力增量与距曾家岭一号隧道掌子面距离关系曲线

（压应力为负，拉应力为正，单位：MPa）

第三主应力增量拉应力均随着掌子面的推进逐步增大，在掌子面推进到距罗家隧道断面15m时，拉应力不在增加。最大拉应力增量发生在左拱腰处，其值为1.10MPa；其后拱顶、右拱腰、左右边墙先后达到其关键点的拉应力最大值：1.06MPa、0.99Mpa、0.61MPa。且拱顶、右拱腰、右边墙在掌子面超过研究断面15m时达到最大值，而左拱腰及左边墙在掌子面到达研究断面时达到最大值，说明左拱腰受上部施工影响较大。

由以上应力增量分析知，左拱腰、拱顶最大拉应力增量为：1.10MPa、1.06MPa，超过强影响拉应力增量阈值（1.0MPa），受上穿曾家岭一号隧道强影响；右拱腰、左右边墙最大拉应力增量为：0.99MPa、0.61MPa，超过弱影响拉应力增量阈值（0.4MPa），受上穿曾家岭一号隧道微弱影响。

综合沉降和应力增量分析，曾家岭一号隧道对罗家一号隧道有影响的施工范围与掘进方向有关，在曾家岭一号隧道掌子面向交叉断面施工时对既有隧道无影响，曾家岭一号隧道掌子面在交叉断面后的0～15m范围内时，对既有隧道产生强影响。

（2）罗家一号隧道受曾家岭一号隧道施工影响分析

1）罗家一号横断面变形

由图5.3-5可知，在整个上浮过程中，左侧比右侧先行上浮，故造成横断面现象右侧偏转，上穿隧道施工完成后，左、右边墙累计上浮量不同，左边墙较右边墙上浮大，左拱腰及拱顶最终上浮量相等，右拱腰较左拱腰上浮量稍小，但差别不大，说明由于上下两个隧道小角度交叉重叠使下部隧道断面向右发生了较小的偏转，这使隧道衬砌在横断面容易产生拉伸变形，即产生较大的拉应力增量，这与上面分析拉应力增量较大的结果一致，但是衬砌位置偏转对衬砌受力极为不利，需要采取措施防止罗家一号隧道衬砌开裂。

罗家一号隧道交叉点处的横断面（以下简称横断面）在不同掌子面位置时的变位情况见图5.3-8。

（a）距罗家一号隧道14m （b）位于罗家一号隧道正上方

（c）上穿过罗家一号隧道14m （d）通过影响区

图5.3-8 罗家一号隧道横断面变形图（单位：mm）

注：Ux：考察点水平位移；Uy：考察点竖向位移。

在曾家岭一号隧道上穿罗家一号隧道的施工过程中，横断面将产生不均匀沉降。掌子面未到达与罗家一号隧道考察横断面时，横断面朝掌子面靠近侧倾斜，见图5.3-8（a）；掌子面处于罗家一号隧道正上方时，掌子面倾斜继续增加，见图5.3-8 （b）；之后，随掌子面的推进，横断面的倾斜达到最大，见图5.3-8 （c）；当掌子面通过影响范围后，横断面的倾斜虽有所降低，但未回归立正状态且已不再处于原始位置，见图5.3-8 （d）。由于隧道为小角度立体交叉，且左侧掌子面先行到达考察断面，使考察断面上部“卸载”效应不均，左侧上浮较右侧上浮大，隧道产生类似扭转的变形。在评价罗家一号隧道结构安全时，需对衬砌混凝土横断面内力进行检算。

从理论上讲，若上穿曾家岭一号隧道右侧掌子面先行推进，且能够保证在影响区内两侧台阶对称施工，可以有效的减小罗家一号隧道发生扭转变形。

2）既有隧道结构检算

A、纵向受力

罗家一号隧道交叉断面各考察点纵向内力随掌子面距离关系见图5.3-9。由图可知，各考察点纵向轴力（压力）随掌子面的推进均增大。上穿隧道曾家岭一号隧道施工完成前后，各考察点纵向轴力、弯矩、安全系数及其变化情况见表5.3-1。

（a）轴力图

（b）弯矩图

图5.3-9 罗家一号隧道交叉断面纵向内力随掌子面距离关系曲线

表5.3-1 曾家岭一号隧道施工前后罗家一号隧道纵向内力变化情况对照表

部位 轴力（kN） 弯矩（kN.m） 安全系数 备注

施工前 施工后 施工前 施工后 施工前 施工后 增加

拱顶 -253.8 -361.3 3.8 2.1 42.5 31.8 -10.7

左拱腰 -24.9 -114.0 -4.5 -5.0 160.8 79.9 -80.9

右拱腰 -5.3 -38.5 -2.1 -0.9 128.6 266.9 138.3

左边墙 -518.5 -574.9 11.1 11.3 20.0 18.2 -1.8

右边墙 -544.6 -581.8 7.6 7.4 20.0 18.8 -1.1

仰拱 -167.4 -192.9 2.0 0.5 65.8 60.8 -5.0

通过以上分析知，在曾家岭一号隧道施工前后，罗家一号隧道结构纵向安全系数（施工前、后最小安全系数为：20.0 ， 18.2）均满足规范要求。

B、横向受力

曾家岭一号隧道研究断面横向内力随掌子面距离关系见图5.3-10，罗家一号隧道施工前后各考察点横向轴力、弯矩及安全系数变化情况见表5.3-2。

（a）轴力图

（b）弯矩图

图5.3-10 罗家一号隧道交叉断面横向内力随掌子面距离关系曲线

横向最大轴力发生在左边墙，施工前后各考察点横向轴力（压力）均减小。从表4.3-2可看出，左、右拱腰及左、右边墙的安全系数在曾家岭一号隧道施工是虽有所增加但是增加幅度较小，可以认为没有变化，拱顶的安全系数有所增大，且增加幅度较大，这是由于上部围岩大幅开挖后的卸载作用，使拱顶的轴力大幅减小导致安全系数大幅上升且左边墙横向轴力最大。

由罗家一号隧道衬砌混凝土的纵、横向内力检算知，罗家一号隧道混凝土安全系数均大于规范要求，故不需对衬砌混凝土进行特殊加固。

（3）施工完成后曾家岭一号隧道受力分析

曾家岭一号隧道施工完成后，其二次衬砌竖向位移、二次衬砌最大主应力云图以及二次衬砌最小主应力云图如图5.3-11～图5.3-13所示。

图5.3-11 曾家岭一号隧道二次衬砌竖向位移

图5.3-12 曾家岭一号隧道二次衬砌最大主应力云图

图5.3-13 曾家岭一号隧道二次衬砌最小主应力云图

由上图可以看出，曾家岭一号隧道二次衬砌的最大位移发生在交叉截面后40m到50m处，主要原因是随着隧道的开挖埋深逐渐增大，此处正为埋深最大处。衬砌的最大压应力仅为0.64Mpa，最小拉应力仅为0.5MPa。

曾家岭一号隧道施工完成后，曾家岭一号隧道交叉断面的各特征部位内力检算见表4.3-3。曾家岭一号隧道纵、横向内力安全系数均大于规范要求，即曾家岭一号隧道衬砌结构是安全的。

（4）施工过程的塑性区发展情况

罗家一号隧道开挖完成后塑性区分布（交叉截面断面）如图5.3-14；曾家岭一号隧道开挖完成后塑性区分布（交叉截面断面）如图5.3-15。

由塑性区分布图可知，在交叉断面处，罗家一号隧道开挖完成后塑性区发展较小，但是罗家一号隧道与曾家岭一号隧道的夹岩已全部进入塑性区，曾家岭一号隧道开挖完成后，塑性区发展较大，曾家岭一号隧道拱顶上部塑性区未发展至地表，但是夹岩处已经处于剪应力和拉应力的双重破坏，在罗家一号隧道施工时应注意减少对上部围岩的扰动，并且曾家岭一号隧道施工时如若施工非爆破或控制爆破工艺，减少上部隧道施工二次对夹岩扰动，保证夹岩的稳定性。

6、 模拟与理论分析对比

理论分析对罗家一号隧道有影响的曾家岭一号施工范围有87.2m，数值分析范围为掌子面罗家一号隧道后的0～15m的范围，两者结果相差较大，这是因为理论分析时未考虑实际工程中岩体参数（φ、地层摩擦角）、施工方法及掘进方向等影响，得出影响范围偏大。

以理论分析的阈值为依据，根据数值模拟的计算结构，综合沉降和应力增量分析，得出曾家岭一号隧道对罗家一号隧道有影响的施工范围与掘进方向有关，在靠近既有隧道侧施工时无影响，掌子面在离开罗家一号隧道0～15m范围内时，对隧道产生强影响。

7、 设计、施工中采取的对策措施

通过以上计算分析，曾家岭一号隧道的施工对罗家一号隧道会产生小范围的强影响，故在隧道设计、施工中采用的对策如下：

1）为了减小对罗家一号隧道的影响，将对罗家隧道有影响的施工范围段的衬砌结构进行加强设计。

2）为确保罗家一号隧道及曾家岭一号隧道的施工安全，对罗家一号隧道受强影响范围进行监控量测。

3）受曾家岭一号隧道施工的影响，罗家一号隧道将发生类似扭转变形。若上穿曾家岭一号隧道右侧掌子面先行推进，且能够保证在影响区内两侧台阶对称施工，可以有效的减小罗家一号隧道的扭转变形。

4）罗家一号隧道衬砌结构的安全性满足要求，不需对衬砌混凝土进行特殊加固。

5）曾家岭一号隧道施工会对交叉隧道处的夹岩产生二次扰动，影响围岩的稳定性，故需在曾家岭一号隧道施工时采用控制爆破或非爆破技术减少对夹岩的扰动。

8、 本章小结

本章结合罗家一号隧道超近距离立体交叉下穿曾家岭一号隧道的工程背景，运用理论分析及数值分析，按照先下后上的施工顺序及相应的施工工法对立体交叉隧道的施工进行了模拟，经过对围岩和衬砌结构位移场、应力场以及围岩塑性区的对比分析，得到：

（1）提出以位移与衬砌应力增量控制为准则的浅埋条件下超近距离立体交叉隧道近接施工的影响分区标准。运用理论分析、三维数值分析等手段，以位移与衬砌应力增量为判别准则，确定了浅埋条件下超近距离立体交叉隧道近接施工的影响分区标准，即强影响区、弱影响区以及无影响区。

（2）在特定的“先下后上”施工顺序条件下，分析了“后修隧道”对“先修隧道”的影响范围、影响程度以及两个隧道结构应力的演变特征，找出了近接施工过程中控制的关键环节，进一步指导了施工，确保施工安全。

（3）通过理论分析及数值模拟分析，以既有隧道位移及应力增量作为判别标准，得出对罗家一号隧道有影响的曾家岭一号施工范围为曾家岭一号掌子面施工到达隧道交叉断面及到交叉断面后的15m范围。

（4）在曾家岭一号隧道上穿罗家一号隧道的施工过程中，横断面将产生不均匀沉降。由于隧道为小角度立体交叉，且左侧掌子面先行到达考察断面，使考察断面上部“卸载”效应不均，左侧上浮较右侧上浮大，隧道产生类似扭转的变形。

【参考文献】

[1] 龚伦.上下交叉隧道近接施工力学原理及对策研究[D]. 西南交通大学博士学位论文.2008.6

[2] 宁文光.富水小净距交错重叠地铁隧道施工技术研究[D].北京交通大学硕士学位论文.2011.6

[3] 张晓军.小间距盾构重叠隧道安全施工控制技术研究[D].西南交通大学硕士学位论文.2010.5

[4] 范永波、伍法权等.交叉隧道塑性区分布规律、成因及支护探讨[J].工程地质学报.2008.16（02）：268-272

[5] 王梦恕.地下工程浅理暗挖技术通论[M].安徽：安徽教育出版社.2004：109-111

[6] 既存の鉄道近接構築ガイド.铁道捻合技衔研究所.平成8年9月

[7] 关宝树.隧道工程施工要点集（第二版）[M].北京：人民交通出版社，2011

[8] 关宝树.隧道力学概论[M].成都：西南交通大学出版社，1993年

[9] 上原精治、土居洋一.近接隧道的輔助工法研究.住友建設株式会社技術研究所所報No.18.1991

[10] 郑余朝.三孔并行盾构隧道近接施工的影响度研究[D].西南交通大学博士学位论文.2006.12