(重庆交通大学 重庆 400000)

一、引文

我国幅员辽阔，是一个多山的国家，山区(包括山地、崎呕的高原和丘陵)约占全国陆地面的三分之二[1]，随着经济的发展，交通设施的建设从地上的道路与边坡工程，逐渐转移到地下空间的隧道工程上来[2]。地下空间结构复杂，并不是一个完整的均匀介质，其间充满了片理、节理、层理、断层等结构[3]。

二、项目概况

XE输水工程输水工程4#隧洞在奎阿高速(G3014)桩号K517+181处穿越，隧洞与高速公路正交，高速公路宽约24m。在隧洞两端各设24m作为过渡段，总长度72m，隧洞桩号为97+257～97+329。衬砌后洞径8.2m，断面为平底马蹄形断面。

工程区在隧洞沿线发育有f1、f2两条规模不等的断层，断层为NW走向，产状：295°NE∠65°，断层走向与隧洞轴线夹角10°，在隧洞内延伸长度25～57m，对洞室稳定影响较大。

三、模型的的建立

取洞室左右各三倍洞泾，底部深度范围取三倍洞泾，顶部覆土层考虑最不利因素，取最薄处，7.6m，建成后的模型宽度为70m，纵向长度为72m，竖向长度47.5m。计算模型的左右和前后边界为水平方向约束，底部为竖直方向约束，顶部为自由边界。

模型参数取值参照地勘报告，采用莫尔-库伦本构模型。

奎阿高速(G3014)作为高速公路，设计荷载等级为公路—Ⅰ级，《公路桥涵设计规范》中明确规定公路一级车道荷载的均布荷载标准值为qk=10.5KN/m；集中荷载标准值按以下规定选取：PK=2*(L0+130)。取输水隧洞跨径为8.2m计算，PK=276.4KN，换算公式如下：q=(qk+Pk/5)/3.75=(10.5+276.4/8.2)/3.75=11.79KN/m2

计算时q值取13KN/m2

考虑最不利因素，荷载施加满布整个高速公路宽度范围内。

四、计算结果分析

本次计算主要评价指标为隧道开挖对路面结构平整度的指标影响值，主要考虑为模型计算中的地表竖向位移指标。参照我国《公路沥青路面养护技术规范》(DB13/T 2465-2001)对平整度的养护质量标准，高速公路、一级公路平整度(3m直尺)要求为h≤7

图1为路面不均匀沉降模型，为了简化计算，不考虑其路线纵坡的影响，且该曲线是连续圆滑的，最大沉降点处于曲线中间，测量平整度的最大塞尺间隙在3m直尺的中部，且间隙值取上限7mm，则由不均匀沉降产生的坡度为

(式3-1)

图1 路面沉降断面模型

所以，当不均匀沉降产生的坡度控制在0.47%以内，既不会影响路面功能性，也不会使路面结构损坏.因此可采用平整度指标作为高等级公路的不均匀沉降控制指标。

图2 隧洞开挖后地层沉降云图

图3 开挖后道路中线沉降云图

根据图2可知，隧洞开挖导致隧洞周边地层沉降较大部分为隧洞拱顶及底板围岩。依据地勘报告，隧洞在桩号K97+270处于断裂地层相交，分析可得，断裂地层对隧洞开挖产生拱顶沉降影响较为明显，在断裂地层与隧洞相交后，拱顶沉降明显变大。拱顶沉降最大值，在隧洞开挖后为1.1mm。底板围岩隆起最大值，在隧洞开挖后为1.8mm。

图3显示隧道开挖后，隧道中线上方地层受影响较大，产生较大沉降。地表最大沉降值出现在隧洞中线上方K517+181附近。地表沉降最大值为0.73mm。

图4 XE输水工程4#隧洞开挖引起的路面最大位移断面

图5 奎阿高速(G3014)路面最大位移断面位移值(单位：mm)

本报告考虑到最不利荷载对应位置，提取了奎阿高速(G3014)路面对应XE输水工程4#隧洞正拱顶位置的位移值，具体图4～图5。

取地表沉降稳定值来进行计算。取桩号K517+182，K517+194之间两计算节点进行纵向线型计算。本段落沿最大差异沉降值为0.687882mm(0.970147-0.282265=0.687882mm)，倾斜度i=0.687882/12.1176/1000=0.005677%，远小于规范给定的0.47%的标准值，该段XE输水工程4#隧洞开挖对奎阿高速(G3014)影响微小。

五、结论

本文依据XE输水工程4#隧洞穿越奎阿高速(G3014)，分析了断层带地区隧道下穿公路对路面结构的影响，运用MidasGTS，采用莫尔-库伦本构模型，建立了三维力学分析模型。在与断层带小交角，埋深较浅，围岩条件较差的不利工况下，计算了隧道开挖下穿公路对路面平整度的影响。隧道开挖在此种情况下对既有公路路面平整度影响较小，为后续此类工程提供了参考案例。