邓大鹏，刘诺晨，任柯玮，王园园，崔庆飞 （河北建筑工程学院，河北 张家口 075000）

1 工程概况

1.1 市政综合管廊概况

隧道出口明洞段西南侧的大达沟内，为接待重要组织、高级别领导人或承办重大活动的场所。该管线隧道北侧规划道路下方的规划市政管线引出，为满足市政管线在后期运营维护要求，管线穿越明洞范围采用综合管廊型式通过，其余采用直埋敷设。综合管廊线位走向见图1、图 2。

图1 市政综合管廊线位示意图

图2 铁路隧道与管廊位置关系

1.2 隧道概况

隧道位于崇山峻岭中，起终点里程为 DK50+430.00～DK51+060.00，全长630m。明洞全长范围属于抗震设防段落，此范围变形缝设置间距不大于20m。

根据设计单位提供的施工图资料，明洞隧道采用曲墙带仰拱结构形式，隧道里程DK50+888～DK50+980范围为隧道转辙机加宽段，结构尺寸为15.12m×13.02m（宽×高），拱墙结构厚度0.7m，仰拱结构厚度0.8m，仰拱两侧各设置1.0m抗浮脚趾。目前该隧道结构已完成覆土回填，无砟轨道尚未铺轨。虽然目前隧道无砟道床尚未施工，考虑到铁路工程进展较快，管廊施工时候可能道床已经铺设完成，本次评估按管廊实施时，道床已经铺设考虑。

2 评估内容

本评估包括以下内容：

①根据市政综合管廊上穿既有隧道现状、工程地质条件和周边环境条件，依照相关规范、规程，并结合业主提供的市政综合管廊专项设计资料，提出既有隧道明洞结构及轨道变形的控制标准；

②通过有限元软件建立数值计算模型，模拟市政综合管廊施工全过程，分析新建综合管廊结构施工对隧道明洞结构及轨道变形的影响，并对市政综合管廊在设计及施工中应采用的工程措施及对策提出意见和建议。

3 评估方法

通过对铁路隧道现状的调查及收集、整理各种地质、设计资料，采用数值模拟、工程类比等多种手段，结合本工程的工程地质和水文地质条件、周边环境条件、以及本工程的施工工法等具体情况，预测分析市政综合管廊施工，引起隧道明洞结构及轨道变形因素，在此基础上评价综合管廊上穿隧道的安全性。

4 计算模型及参数

4.1 参数设置

4.1.1 模型参数

根据提供资料《隧道工程地质勘察报告》，工程地点的地层由上至下依次为：粉质黏土、全风化二长花岗岩、强风化二长花岗岩、弱风化二长花岗岩，管廊结构主要位于粉质黏土及全风化二长花岗岩中，地层分布见图3[2]。模型中，混凝土材料容重采用25kN/m3，泊松比采用0.2[3]，管廊结构及隧道二次衬砌弹性模量采用31500MN/m2。模型中各地层物理力学指标如表所示。

4.1.2 计算荷载

水土压力：管廊主体结构施做过程均考虑在无水情况下进行，施工阶段结构荷载在软件中自动考虑。地面施工超载：按10kPa考虑。自重：软件自动考虑。

4.1.3 本构模型

①单元类型：计算时假定围岩为连续介质，土体采用实体单元模拟；隧道二次衬砌结构、综合管廊结构及市政管线采用板单元模拟。

②边界条件：本计算在模型底部施加竖向固定约束，模型四周约束为各面的法向位移约束，地表为自由面[5]。

③破坏准则：土体采用修正Mohr-Coulomb准则，隧道及管廊结构考虑在弹性范围内工作，采用线弹性本构关系。

图3 地层分布示意图

各层土体物理力学指标

4.2 计算模型

图4 综合管廊与隧道位置关系平面图

由工程相对位置平面图可见：市政综合管廊位于隧道下方，管廊与隧道交角90°。管廊主体结构底板距隧道拱顶最近距离为1.04m，对回填土进行注浆加固，明洞隔水回填层范围内禁止注浆。

结合上述因素，考虑模型建立的复杂程度和单元尺寸及数量对计算时间和结果精度的影响，采用如下方式进行建模：

为了得到管廊施工对既有铁路隧道产生的最不利影响，模型以隧道线路方向为Y轴，管廊方向为X轴，竖直方向为Z轴，模型在Y方向取100m，X轴方向取60m，Z轴方向取42.8m。根据市政综合管廊和隧道的相对位置关系建模，模型网格划分效果图，如图5、6所示，模型共包含13391个单元，21957个节点。

5 结论与建议

5.1 评估结论

根据提供的拟建市政综合管廊和隧道明洞段的设计、勘察文件，采用Midas GTS NX数值模拟软件对其进行了数值模拟分析，通过模拟施工阶段的逐步开展，研究了市政综合管廊上跨隧道明洞段施工全过程中所受到的影响，同时对市政综合管廊上穿隧道明洞进行了模拟计算，得到了相关指标，参考前述内容得出的控制指标建议值，并结合同类工程实例的设计施工经验，形成评估结论如下。

图5 模型示意图

图6 拟建管廊与计有隧道关系示意图

5.1.1 影响范围内，既有隧道内轨道位移值满足控制标准要求

①市政综合管廊施工过程中，由于管廊范围基坑开挖，对正下方的隧道形成卸载，隧道结构及仰拱局部隆起，偏安全的将仰拱变形数值中的最大值作为轨道变形最大值，可以得到轨道最大隆起值为0.46mm，水平位移最大值0.22mm，轨道隆起变形最大值满足轨道控制指标3.5mm的要求。

②市政管廊结构施工完成并回填土层后，由于回填覆土影响，引起隧道结构发生沉降变形，轨道最大沉降值为-0.62mm，轨道沉降变形最大值满足轨道控制指标3.5mm的要求。

5.1.2 影响范围内，既有隧道结构受力满足规范要求

根据综合管廊回填土夯实完成后，工况对隧道结构强度及裂缝进行验算，经验算相应位置的衬砌结构，满足承载能力和正常使用要求。

综上所述，通过数值模拟计算与结果分析可得，市政综合管廊的施工对隧道明洞结构与轨道产生了一定影响，但影响有限，在设计单位提出的加固措施，得到合理有效实施、施工单位按照设计图纸施工且保证施工质量达到设计要求的前提下，市政综合管廊上穿隧道明洞设计方案总体可行，建议在采取必要的技术措施后作为后续施工依据。

5.2 技术措施建议

①下穿施工前，请施工单位务必再次确认市政综合管廊工程与隧道明洞段空间关系的正确性，若有必要，施工前应进行实际测量放线予以确认。

②严格执行《铁路安全管理条例》（国务院令第639号）等铁路部门的相关管理办法。项目建设单位应按照法律法规及铁路部门的相关管理办法，逐级报送审批，以保证建设程序合法合规。

③拟综合管廊基坑开挖造成土体及隧道隆起，由于地下工程的复杂性及有限元分析软件的局限性，为确保既有隧道安全，建议施工时采用分段、分步开挖方式，严格遵守“分层开挖”的原则，严禁超挖，严格控制每次开挖高度方法，降低对既有隧道的影响。