0 引言
地铁隧道施工过程会破坏地层原有的平衡状态，还会导致空间上的地层损失和地层变形，难免会对地表和既有路面产生影响。城市道路路面所受影响主要表现为变形和沉降，如果不对这一影响过程加以合理的控制，将有可能影响城市道路的正常运行。本文以某地铁区间隧道顺行下穿某城市主干道工程为背景，对新建地铁隧道影响下既有城市道路的沉降规律进行研究。
在受到轴向外力作用时，管状纸瓦楞结构能够通过自身的塑性变形来耗散外部冲击能量，对提高空投物资装备和产品包装运输的缓冲吸能特性都具有重要的学术意义和工程应用价值。本研究采用双瓦楞纸板，经过模切、压痕、粘接等工艺制成正多边形纸瓦楞管状结构，对比研究这类管状结构的轴向准静态压缩变形特性、失效模式，分析管方向、横截面形状、管长、压缩速率对承载能力和缓冲吸能特性的影响规律，为正多边形纸瓦楞管的研制与应用提供理论和技术基础。
试验材料为5月12日从海南琼海、临高、三亚等地沿海采集的4种芋螺，置于-85℃超低温冰箱中待用。4种芋螺分别为橡木芋螺(C. quercinus)、桶形芋螺(C. betulinus)、将军芋螺(C. generalis)和唐草芋螺(C. caracteristicus)。
1 工程概况
某城市新建地铁隧道顺行下穿既有城市道路，新建隧道外径为 6 m，埋深 14 m，呈南北走向。新建地铁隧道采用马蹄形隧道，台阶法施工，掌子面采用全断面注浆，初期支护及隧道二次衬砌结构示意图如图 1 所示。既有城市道路宽为 56 m，双向 6 车道，两侧各设 1条非机动车道和 1条人行步道，该道路为城市主干道，目前车流量和行人流量均较大。新建隧道顺行下穿既有城市道路，且位于既有道路中线以下 14 m 处，道路路面结构横断面图和新建隧道与既有道路之间的位置关系如图2 所示。新建工程影响范围地层由上至下依次为粉质黏土、粉砂和中砂，地层物理参数指标如表1所示。工程场区内地下水位高 21.4 m，上部局部存在潜水，本次计算中不予考虑。
图1 新建隧道支护结构示意图
图2 新建隧道与既有城市道路相对位置关系（单位：m）
表1 地层土物理参数
序号天然容重/ kN · m-3黏聚力/ kPa内摩擦角/° 泊松比 压缩模量/ kPa 1 18.6 40.9 11.1 0.31 4.81 2 19.4 51.8 12.8 0.34 5.38 3 19.6 42.9 9.8 0.33 5.84 4 17.4 4.9 27.9 0.30 10.86 5 18.6 3.8 31.4 0.29 6.94
2 数值计算分析
2.1 计算模型建立
本工程数值模拟采用 FLAC3D 有限差分软件进行建模分析，模型长宽高分别为 30 m、100 m 和 50 m，共计单元 24 844个、节点 134 447个。为了能在简化模型的基础上进一步优化网格得到最佳的计算效果，将新建隧道简化为圆形。模型中路面采用自由面，底部采用固定界面，侧面约束水平方向的运动，考虑土体自身重力作用。建立的数值模拟模型如图 3 所示。
图3 计算模型
计算过程中地层参数选取见表1，既有道路路面结构和新建隧道衬砌结构计算参数见表2。
表2 路面结构和衬砌结构计算参数
结构名称 材料名称 厚度 / m 容重 / kN · m-3 弹性模量 / MPa 泊松比路面结构中粒式沥青混凝土 0.04 2 340 1.2×103 0.26厂拌沥青碎石 0.06 2 400 1.0×103 0.25石灰粉煤灰稳定砂粒 0.30 2 100 5×102 0.25衬砌结构 混凝土 - 24.8 3.1×104 0.22钢材 - 78.6 2.2×105 0.30
2.2 计算结果分析
数值模型建立完成后，按照既定的施工方案和支护方案进行数值模拟分析，在自重作用下隧道周围土体平衡后，先将所有的位移归零，然后借助于杀死单元命令对新建隧道开挖进行数值模拟研究，每一步计算完成后开始施作衬砌结构，隧道每次循环进尺 6 m。本文取 30 m 隧道的掘进过程作为研究对象，计算分析掘进 6 m、12 m、18 m、24 m、30 m 等 5种工况下新建隧道引起的道路路面沉降，并将沿隧道走向 15 m 位置处的道路横断面作为计算分析断面，见图 4，隧道自图中 y 轴 0 点开始掘进。
图5给出了5种掘进工况下路面沉降云图，分析结果如下。
感知易用性是指消费者在使用无现金支付时，主观认为该支付方式操作的难易程度。从刷卡支付都移动支付，无现金支付迅速发展，发展到目前支付方式多种多样，用户对其使用体验自然而然提出了更高的要求。无现金支付的操作说明通俗易懂，操作过程简单易掌握，支付过程快捷便利，都有助于消费者形成良好的使用体验。初次使用体验会影响消费者对支付方式难易程度的直接感知，后续使用体验会进一步修正其对难易程度的感知，而感知到的难易程度会影响感知价值。
加强温度控制，是预防发生混凝土裂缝现象的方法之一。通过控制温度，在此基础上对骨料配置进行优化，同时在施工过程中采用干硬性混凝土，能够有效减少混凝土中水泥的成分，从而在一定程度上提高施工质量。此外，在搅拌混凝土时，在碎石中洒适量的水可达到有效降温的目的，以此降低混凝土温度。特别是在温度较高的环境中浇筑的情况下，应减少浇筑厚度以便于散热，从而达到全面降温的效果。
（1）隧道掘进 6 m、12 m、18 m、24 m 和 30 m时，计算分析断面上既有道路的最大沉降值分别为 2.62 mm、4.77 mm、6.12 mm、7.18 mm 和 8.44 mm。
图4 计算分析断面示意图（单位：m）
图5 隧道掘进过程中周围土体及路面沉降云图（单位：m）
（2）道路中心线两侧 18 m 左右范围以外的路面沉降值小于1 mm，表明新建隧道对道路中心线两侧 18 m范围以外的影响较小。本工程中隧道埋深和隧道外径分别为 14 m 和 6 m，说明本工程中岩土破裂角选取 45°是可行的。
（3）新建隧道影响下，既有道路路面的沉降值沿y 轴对称，表明新建隧道下穿施工对既有路面的影响符合 Peck 理论。
（4）对比图5中5种掘进工况下既有道路路面的沉降云图可见，随着隧道开挖掘进的进行，路面受影响范围和受影响程度均会增加。
3 路面沉降监测
3.1 监测方案
为保证新建隧道施工过程中，既有道路路面沉降值及沉降速率在允许范围内，在路面上布设监测点，实时监测施工引起的路面沉降。路面沉降监测沿隧道掘进方向（道路方向）布设 3个监测断面，3个监测断面的中间监测断面与 2.2 章节图 4 计算分析断面对应，另外 2个监测断面与中间监测断面间距 10 m，每个监测断面沿道路横向每隔 1.5～2 m 布设1个沉降监测点，路面沉降测点布设见图 6。监测点采用钻孔布设方法，钻孔直径为 108 mm，孔深 1.4 m，见图 7。钻孔完成后在孔底灌注混凝土并将钢筋插入孔底混凝土中，钢筋外套PVC管，PVC 管管底位于孔底混凝土上方，最后采用细砂将孔壁与混凝土间的空隙填充密实。监测采用 Trimble DiNi03型电子水准仪和条码铟钢水准仪尺。
隧道施工过程中监测频率为 3次/天，根据相关规范要求，道路沉降控制值如下：隧道施工期间，在其影响范围内的路面最大沉降控制值为 15 mm，地表隆起控制值为 5 mm，地表沉降（隆起）位移最大速率控制值为 2 mm/天。
图6 计算分析断面示意图
图7 路面沉降监测点钻孔
3.2 监测数据分析
本文选取图 6 中的中间监测断面数据对隧道掘进过程中引起的路面沉降进行分析，5种不同掘进工况下中间监测断面处的路面沉降情况见图 8。由图 8 可知，随着隧道掘进长度的增加，中间监测断面路面沉降值逐渐增加，当隧道掘进到30 m 时，中间监测断面路面沉降值达到最大，且发生在中间监测断面隧道中心正上方；新建隧道 2倍洞径范围内既有路面的沉降值均大于 4 mm，可见新建隧道 2倍洞径范围内路面受新建工程的影响较大。
图 9 给出了隧道掘进 30 m时数值模拟结果与实际监测结果的对比。由图 9 可知，数值模拟最大沉降值 8.44 mm， 实测最大沉降值 8.15 mm，差异值最大仅为0.29 mm 左右。可见，FLAC3D用于新建隧道施工引起的既有路面沉降规律研究是可行的。
图8 新建隧道影响下中间监测断面路面沉降曲线
图9 路面沉降数值模拟数据与实测数据对比
4 结论
（1）隧道施工过程中扰动了既有围岩应力的平衡状态，致使围岩产生变形，具体表现为隧道顶部围岩下沉和底部围岩隆起，其中隧道中心线顶部的围岩沉降值最大。
（2）随着新建隧道掘进长度的增加，既有路面的沉降值逐渐增大；新建隧道施工引起的围岩应力释放范围越大，受影响范围内的道路路面沉降值越大。
（3）新建隧道 2倍洞径范围内，既有路面的沉降值均大于 4 mm，表明新建隧道 2倍洞径范围内受新建隧道施工的影响较大。
在建筑工程项目中必须做好测绘工作才能开展后续的工作，而且测绘技术的准确度和科技水平直接影响着测绘数据的准确性，对建筑工程的质量和施工进度都产生着极大的影响。在任何建筑工程项目的开始阶段都需要对项目进行规划以及实地考察，了解施工现场的地形、地形比例以及施工现场的水文地质条件等，而这些都需要测绘人员利用测绘技术来获取数据并进行分析[1]。
参考文献
[1]张旭，张成平，韩凯航，等.隧道下穿既有地铁车站施工结构沉降控制案例研究[J].岩土工程学报，（4）.
[2]祝思然，黄佩格，矫伟刚，等.盾构近距离下穿既有地铁隧道沉降控制技术研究[J].隧道建设，，36（2）.
[3]梁建波.盾构下穿地铁隧道施工中对既有隧道沉降影响的分析[D].广东广州：广州大学，.
[4]孟乔，张晓清.复合地层双线盾构上跨既有地铁隧道施工诱发地表沉降分析[J].铁道建筑技术，（11）.
[5]黄汉彪，徐松，税欢.地铁隧道穿越既有道路的沉降预测及加固措施[J].城市建设理论研究（电子版），（12）.
[6]武科，张文，吴昊天，等.上软下硬地层地铁隧道下穿既有城市道路的变形规律及控制措施研究[J].现代隧道技术，，54（6）.
[7]胡德华，段景川.上软下硬地层双线地铁隧道下穿既有城市道路地层变形规律研究[J].防灾减灾工程学报，（12）.
[8]张志刚，王津锋，曹影峰，等.下穿既有地铁线的城市地下高速公路沉降控制技术研究[J].隧道建设（中英文），（6）.
[9]丁智，朱少杰，秦建设，等.邻近建筑物盾构隧道开挖引起的地表沉降预测研究[J].现代隧道技术，，53（4）.
[10]阮雷，孙雪兵，申兴柱，等.新建盾构隧道施工对既有铁路路基的影响研究[J].铁道标准设计，（6）.
[11]黄希，陈行，晏启祥.地铁区间隧道下穿既有桥梁的桩基托换研究[J].铁道标准设计， （12）.
[12]郑余朝，蔡佳良，袁竹，等.地铁隧道下穿既有铁路近接影响分区和施工控制研究 [J].现代隧道技术，（6）.
[13]赵宏威.地铁隧道零距离下穿既有车站施工沉降控制研究[J].施工技术，（增1）.
[14]来弘鹏，郑海伟，何秋敏，等.砂土地层盾构隧道小角度斜下穿既有隧道施工参数优化研究[J].中国公路学报，，31（10）.
[15]王剑晨，刘运亮，张顶立，等.暗挖地铁车站平行下穿既有隧道的变形控制及规律研究[J].铁道学报，（11）.
[16]马文辉，彭华，杨成永.盾构近距下穿既有地铁盾构隧道施工参数控制[J].西南交通大学学报，（1）.
[17]陶连金，田治旺，车彦文，等.矿山法隧道下穿既有盾构隧道微变形控制技术[J].铁道建筑，（5）.
[18]邱明明，杨果林，吴镇清，等.双孔平行地铁隧道盾构施工地表沉降分布规律研究[J].现代隧道技术，（2）.
[19]魏然.盾构隧道穿越城市道路沉降预测分析[J].市政技术，（7）.
[20]王力勇，陈建华，彭峰.软塑地层中浅埋暗挖法穿越道路与管线施工技术[J].市政技术，（9）.
