以西南地区某大跨小净距下穿高压线隧道为依托工程，该工程需要在小净距条件下穿一条330 kV高压输电线路，对施工要求极高。针对隧道埋深较浅、与高压线铁塔净距较小等困难，采用多次开挖爆破的方式，并综合利用光面爆破、控制装药量、设置减震孔等方式减小对高压线铁塔及结构的影响。为保证工程的顺利进行，利用大型有限元分析软件对开挖全工程进行仿真模拟，对比全断面法及中隔壁法（CD法）施工對围岩和高压电铁塔的影响，发现CD法可以有效地控制围岩以其上铁塔的位移以及不均匀沉降。

隧道； 高压铁塔； 施工控制

U452.2+6 A

［定稿日期］2021-12-10

［作者简介］邵子萌（1997—），男，硕士，主要从事隧道管片结构与围岩稳定研究工作。

隧道的施工过程是岩体与隧道重新构建平衡的过程，在此过程中伴随应力的改变周围既有建筑物不可避免会产生一定的影响，如何尽量地降低由施工带来的不利影响，并保证已有建筑物的安全和使用性能是隧道施工中所着重考虑的问题。高压输电线路在国家电网中有着极为重要的地位，是向偏远地区输电的主力，一旦受到隧道开挖的影响产生倾斜和沉降，将直接影响其输电功能的实现，从而导致部分地区出现用电问题［1-2］。对于此类情况一般采取避让的策略，使隧道与高压铁塔保持一定的净距，从而保证高压线路的安全，但由于线路选择的局限，部分隧道与高压铁塔净距较小，鉴于此，必须对小净距下穿高压线路的情形进行全过程的施工模拟以及监控，从而保证施工的安全性。

目前，在此方面已经有部分专家进行了系统研究，对于高速公路隧道下穿高压线路方面，胡焕校等［3］以及沈增辉［4］，以李家冲公路隧道为案例进行了施工模拟，探究了以地表注浆的方式控制高压铁塔沉降的效果。阳军生等［5-6］则从技术以及方案等方面对于大断面下穿高压线铁塔进行了深入研究，分析了各种施工策略的利弊，为后续施工研究打下了坚实的基础。徐茂兵［7］及张文等［8］从数值分析进行切入，研究各种施工方法对铁塔中变形以及各种内力的影响，从而揭示铁塔的变形以及破坏规律。此类研究多针对于大断面的高速公路隧道，对于新奥法原理施工的小净距隧道仍然缺少一整套的施工模拟以及控制技术研究，对此本文以西南地区某大跨小净距下穿高压线隧道为案例，结合数值模拟与施工实测分析隧道对其上的高压铁塔的影响。

1 工程概况

本文以西南地区某大跨小净距下穿高压线隧道为依托工程，隧道设计时速为80 km/h，双向四车道高速公路建设标准。隧道左线长261 m，右线长280 m，洞顶为短隧道，隧道建筑限界采用与路基段同宽：硬路肩进洞设计。隧道左洞最大埋深约57 m，右洞最大埋深约49.5 m。隧道单洞建筑限界宽为12.75 m，限界高为5.0 m，单洞开挖宽度约为15.6 m，隧道左右设计线间距15.68 m，采用复合式衬砌，属小净距隧道。

根据区域地质资料及本阶段地勘资料揭露，并结合工程地质测绘资料，隧址区第四系覆盖层主要由第四系上更新统冲洪积粉土、圆砾、碎石等组成；隧道下穿段下伏岩层为白垩系下统河口群上段砂岩、砾岩与泥岩不等厚互层岩层组成。

隧道左线下穿高压铁塔，下穿区段隧道与高压铁塔最小竖向净距为53 m。隧道下穿高压铁塔区段衬砌结构布置情况如图1所示。围岩为强、中等风化砾岩、砂岩，节理裂隙较发育、Vp=2430～2800 m/s、岩体较破碎，呈裂隙块状结构或中、巨厚层结构，岩层走向与隧道走向呈约25°相交、倾角在5°～10°之间。地下水类型为基岩裂隙水，富水性弱。

2 开挖方法

隧道按照新奥法原理施工，应遵循“弱爆破、短开挖、早闭合、勤量测、衬砌紧跟”的原则，并结合反馈信息及时优化调整设计参数，信息化施工。为尽量减少对高压铁塔的影响使用CD法进行开挖，并对比模拟全断面开挖方法以获取施工控制效果。

下穿高压铁塔段开挖过程中，尽量降低隧道爆破振动影响，综合采用光面爆破技术，并控制装药量、设置减震孔，减小对高压铁塔及周围结构的影响，爆破震动速度应不大于1.5 cm/s。其具体开挖过程可以表述为：

（1）施工前应进一步调查、核实隧道影响范围内电力设施、高压铁塔分布情况、位置关系及其基础等相关资料。

（2）施工前应根据《中华人民共和国电力法》《电力设施保护条例》《电力设施保护条例实施细则》等法律法规，结合地方实际情况编制专项施工保护方案及施工监测专项方案，经相关主管部门审批后方可实施。

（3）下穿高压铁塔段隧道应采用短进尺开挖，及时支护，严格控制地表沉降。根据DL/T 5219-2014《架空输电线路基础设计技术规程》，按不同杆塔高度，控制地基变形最大倾斜率，对于杆塔高度小于50 m时，控制最大地基倾斜率为0.006。

（4）施工期加强铁塔监控量测。各时期铁塔各腿沉降差均应小于30 mm，各基础水平位移应小于10 mm；铁塔基础最大沉降应小于200 mm，稳定沉降速率应小于0.3 mm/d。

3 数值模拟

为评估隧道开挖过程中，既有建筑结构最不利受力及变形状态，模拟计算中开挖过程与实际一致。CD法具体模拟步骤为：左洞右上导洞开挖、左洞右下导洞开挖、左洞左上导洞开挖、左洞左下导洞开挖、右洞左上导洞开挖、右洞左下导洞开挖、右洞右上导洞开挖、右洞右下导洞开挖；而全断面开挖方法则使用程序模拟全断面一次开挖。

输电塔荷载大小与塔型选择、导线截面、气象条件、使用档距、地理位置相关，根据相关设计施工经验，输电铁塔重量可取为12 t，加上导线荷载及其他无器件重度，为考虑最不利条件，此处取总计算荷载为20 t。

输电塔基础为4根独立基础，基础间距约为5.5 m，施工过程中，取输电塔竖向荷载为平均荷载，荷载大小为8 kN/m2。

隧道暗挖施工模拟过程中，衬砌采用梁单元。模型各结构尺寸均按设计参数采用。二维平面有限元模型如图2所示。模型边界条件：底边为二向位移约束，侧面为法相位移约束，顶面出基础承受荷载外其余为自由面。

为对比施工过程中2种施工方式对高压铁塔的影响，左侧硐室使用全断面开挖以及CD法进行施工围岩及结构位移如表1、图3所示。

CD法施工左洞开挖完成后，洞周围岩最大水平位移为6.0 mm，最大沉降为11.2 mm，最大隆起为14.6 mm，结构最大水平位移为0.4 mm，最大基础下沉为3.4 mm，不均匀沉降为0.03 mm。隧道开挖过程中，基础变形较小，满足DL/T 5219-2014《架空输电线路基础设计技术规程》控制最大地基倾斜率为0.006的要求。而全断面法开挖，洞周围岩最大水平位移为10.0 mm，最大沉降为18.2 mm，最大隆起为24.4 mm，结构最大水平位移为0.7 mm，最大基礎下沉为5.41 mm，不均匀沉降为0.04 mm。全断面开挖的各项位移数据均大于CD法施工。为进一步研究施工过程中施工方法对高压电铁塔的影响，在开挖完成后围岩及结构位移如表2、图4所示。

开挖完成后，洞周围岩最大水平位移为6.5 mm，最大沉降为13.5 mm，最大隆起为13.8 mm，结构最大水平位移为1.0 mm，最大基础下沉为6.1 mm，最小基础下沉为5.8 mm，不均匀沉降为0.39 mm。隧道开挖过程中，基础变形较少，满足DL/T 5219-2014《架空输电线路基础设计技术规程》控制最大地基倾斜率为0.006的要求。而全断面开挖虽然也满足规范要求，但围岩水平位移较CD法大4.3 mm，竖向位移大10.6 mm，高压电铁塔基础的不均匀沉降达到0.64 mm，远大于CD法施工，综上从施工的全过程来看，CD法施工可以很好地控制硐室围岩和基础的变形，减少隧道施工对其上高压电铁塔的影响。

4 结论

隧道由于小净距下穿高压线路，对隧道的施工要求极高，为保证其上330 kV高压线路铁塔的安全，在施工中制定一系列的安全保证措施，从硐室围岩位移和高压铁塔的沉降2个方面进行控制。为保证施工的顺利进行，使用大型有限元程序GTS进行全过程全方位的施工模拟，通过仿真分析发现，为控制围岩位移以及高压电铁塔沉降必须使用CD法进行施工，在开挖过程中围岩的位移可以控制在15 mm以内，而高压铁塔的最大沉降为6.1 mm，满足规范的相关要求。建议在此类大跨小净距下穿高压线隧道施工使用CD法进行施工减少单次开挖面积，为进一步减少由于爆破带来的影响，利用光面爆破并对单次装药量进行控制，进而保护其上高压输电线路的安全。

参考文献

［1］ 张建强. 采空区架空输电线路安全性评估及预防技术研究［D］.北京：华北电力大学（北京），2008.

［2］ 徐霞飞，龚球，徐舟.大跨度隧道下穿敏感高压电塔施工结构稳定控制研究与应用［J］.湖南交通科技，2015，41（2）：159-161.

［3］ 胡焕校，吴高权，沈增辉.浅埋大跨隧道穿高压铁塔的注浆效果研究［J］.水资源与水工程学报，2012，23（5）：85-88.

［4］ 沈增辉. 浅埋大跨隧道下穿高压铁塔的裂隙岩体注浆效果研究［D］.长沙：中南大学，2012.

［5］ 阳军生，杨元洪，晏莉，等.大断面隧道下穿既有高压输电铁塔施工方案比选及其应用［J］.岩石力学与工程学报，2012，31（6）：1184-1191.

［6］ 张震，钟放平，阳军生.大跨度隧道下穿高压输电铁塔施工技术研究［J］.公路工程，2013，38（4）：153-156+161.

［7］ 徐茂兵.区间隧道通过既有高压铁塔加固方案［J］.现代隧道技术，2002（5）：48-53.

［8］ 张文，刘玉河，孙楹森.龙口洼里煤矿高压线铁塔下采煤的观测与分析［J］.矿山测量，1999（4）：17-19.