浅埋地铁隧道下穿高速公路施工方法比选

3.中国铁建大桥工程局集团有限公司，天津300300)摘要：以贵阳地铁1号线下麦西隧道YD1K1 + 395- + 505段下穿既有环城高速公路及高速公路交通涵洞施工为工程背景，

采用Midas GTS/NX软件对该段浅埋隧道下穿高速公路及高速公路涵洞施工方案进行优化研究，分析了台阶法、CD法、

CRD法和双侧壁导坑法四种施工开挖工法施工时隧道围岩的变形及运营高速公路路面的沉降变形特性；对比研究了不同施 工方案引起的围岩塑性区及支护结构受力特性的变化.基于数值模拟分析的研究结果表明，下麦西隧道近距离穿越既有运

营高速公路施工时，选用CRD法开挖对路面及隧道拱顶的沉降均可起到很好的控制作用，隧道支护结构的受力特性良好， 施工中既有高速公路及隧道本身的稳定性良好.基于数值模拟分析确定了经济、合理的施工开挖方案及施工参数，跟踪施

工进行的现场监测及与数值分析结果的对比分析表明了推荐方案的合理、可行性.贵阳地铁1号线下麦西隧道下穿既有运 营高速公路及公路涵洞的工程实例为同类工程的建设提供了有意义的参考和借鉴.关键词：浅埋瞇道；施工方法；数值模拟；隧道开挖；路面沉降中图分类号：TU 45

文献标志码：A 文章编号：1006-7930(2019)04-0503-08Analysis of construction method of shallow metro tunnel under

the crossing highwaySONGZhanping1-2, WANG Kaimeng1-2, WANG Tao1-2, WANG Junbao1-2, TANG Kunyao3(1. School of Civil Engineering, Xi'an Univ, of Arch. & Tech. , Xi'an 710055, China； 2・ Shaanxi key Labratory

of Geotechnical and Underground Space Engineering, Xi'an Univ, of Arch. & Tech. , Xi'an 710055, China；3. China Railway Construction Bridge Engineering Bureau Group Co. , Ltd, Tianjin 300300, China)Abstract: YD1K1 + 395〜+ 505 mileage of the Xiamaixi tunnel of Guiyang urban rail transit No. 1 line under the

existing highway and traffic culvert is taken for study. The Midas GTS/NX software was used to simulate the

deformation of the surrounding rock and the settlement of the highway pavement during the construction of the tunnel under the highway. At the same time, the changes of the mechanical properties o£ the surrounding rock plastic zone and supporting structure caused by different construction methods were compared. The four types of excavation methods including the bench cut method, CD method, CRD method and double side drift method are analyzed・ Results show that CRD method has good control effect on the settlement of the road surface and tunnel, and the mechanical properties of the tunnel support structure are good. In the construction, the stability of the highway and the tunnel itself is good. Based on numerical simulation analysis, the economical and reasonable

construction excavation plan and construction parameters were determined. The onsite monitoring of the follow-up construction and the comparison analysis with the numerical analysis results showed that the recommended plan was

reasonable and feasible. The project example of the Xiamaixi tunnel of Guiyang urban rail transit No. 1 line under the existing highway and traffic culvert for the construction of similar projects provide a meaningful reference.Key words: shallow tunnel； construction method； numerical simulation； tunnel excavation； land settlement近年来，伴随着国家城镇化进程的不断加速, 城市地铁隧道下穿既有建(构)筑物在工程建设中

行了大量的研究，取得了卓越的研究成果.袁驰宇⑴使用数值模拟软件分析研究了山区浅

不可避免.国内外的专家学者结合具体的工程实 埋地铁隧道下穿既有运营高速公路的四种常用施

工工法，并通过对比数值模拟和隧道监控量测的 数据，推荐浅埋隧道下穿施工采用CRD法.张

例，在理论分析、数值计算、试验研究以及现场 监测等方面对隧道的开挖方法和辅助施工措施进

收稿日期：2018-08-06 修改稿日期：2019-06-10基金项目：国家自然科学基金项目(51578447)；住房和城乡建设部科学技术计划项目(2017-k4-032)第一作者：宋战平(1974—),男，博士生导师，主要研究岩土工程设计理论.E-mail： songzhpyt@xauat. edu. cn504西安建筑科技大学学报（自然科学版）第51卷著⑵结合背阴坡隧道现场监控量测结果，模拟并对 比了不同施工方法的下穿隧道有限元计算模型,

结果表明山区公路路基的稳定性随着开挖进尺的

减小而提高，侧壁导坑法效果量好，其次是台阶

法，全断面法对稳定性影响最大.研究了下穿隧

道位置对于公路路基地表沉降的影响；刘松涛⑶等

以湘桂铁路石头岗隧道工程实例，使用数值分析 软件对多种施工方法进行了分析研究，并结合实

际施工结果，验证了上部中隔墙法较好地控制了 高速公路路面沉降.在理论分析方面，为解决浅

埋隧道周边应力场及位移场的精确性，提出了复

变函数法、随机介质理论等计算方法，结合收集

到的监控量测数据，得到了符合工程实际情况的 解析解 W 但从相关研究文献可以看出，由于现 场情况复杂，理论分析有着局限性，对于山区浅

埋隧道下穿既有构筑物的绝大多数研究是通过测

量人员定期监测现场布置的监控测量点或使用自

动化采集装置收集数据，通过监控测量隧道关键

断面及部位在开挖过程中的沉降值以及收敛位移

值.施工方法主要是选用双侧壁导坑法、CRD法、

CD法等在控制隧道沉降和收敛方面比较好的工

法，保证施工和隧道的安全，同时结合地质超前 预报、大管棚超前支护等施工方法控制隧道以及

既有建（构〉筑物的位移变形情况◎叫但是，采用

监测方式进行研究存在着不足，监测点受地形及

施工影响布置不够精准，人员或自动采集装置收

集的监测数据通常存在着一定地滞后性及误差性 等，隧道在开挖施工过程中不能对围岩变形情况

以及施工附近区域的地表沉降、原有建筑物结构 的安全进行精准控制.且当前浅埋隧道下穿既有

构筑物的数值模型多为二维平面模拟，由于实际

情况较为复杂，在建立模型时不得不进行一定程 度的简化，而且计算时没有考虑在隧道开挖和支

护过程中的三维空间效应is叫本文以贵阳地铁1号线下麦西车站YD1K1 +

395〜+ 505段浅埋地铁隧道下穿既有高速公路项

目为工程背景，使用Midas GTS/NX有限元软件

建立三维有限元计算模型，通过模拟隧道在施工 时采用四种不同的施工工法，同时考虑软件里隧

道开挖过程中的三维空间效应，比较不同工法下

的位移场变化和支护结构受力情况，得到模拟施

工的最优工法.运用数值模拟软件计算不同施工

工法下隧道变形及高速路地表沉降量，并结合现 场监控量测数据分析发现CRD法为最优施工工法. 本文为西南山区浅埋地铁隧道的施工安全和正常

运营的高速公路的行车安全予以技术指导，同时

进一步为西南山区浅埋地铁隧道下穿既有高速公

路及交通涵洞提供施工上的理论支持.1隧道工程概况下穿环城高速公路段浅埋地铁隧道全长 528 m,线路设计为单洞双线，其中共有110 m隧

道下穿高速公路路堤及涵洞出口，隧道与高速公

路成50°夹角相交，如图1所示.其中；YD1K1 +

395〜■ 456段共61 m下穿公路路堤，YD1K1 + 456〜+505段共49 m下穿涵洞出口地段及附近地 面，其平面布置见图2.该段浅埋隧道下穿高速公

路所处的地质条件较差，岩土勘察报告显示下穿

段地质主要为页岩和第四系土层，岩石破碎程度 大属于V级围岩.高速公路路面距离下穿地铁隧 道拱顶高度为23 m,涵洞形式为拱涵，其洞口孔 径和高度为别为4 m、5 m,翼墙受地质条件所限

露出地表处的高度为2〜5 m,翼墙墙背后为高速

公路路堤.该段下穿地铁隧道埋深较浅，与涵洞/图1隧道位置图图2隧道一高速路一涵洞位置关系示意图Fig. 2 The relationship between tunnel, highway, and culvert第4期宋战平，等：浅埋地铁隧道下穿髙速公路施工方法比选505处的最小水平距离只有2. 2 m,下穿隧道在涵洞出

口处最小埋深只有0.8 m,在涵洞出口右侧20 m

范围内埋深在2.5 m以内.因为涵洞为通向拌合

厂的出口，为保证施工进度，不能封闭路段.2建立计算模型下穿地铁隧道线路方向与既有高速公路成50°

角斜交，通过建立隧道的三维几何模型，反映出

隧道和高速公路的实际位置关系，同时也能更好

和高效地分析隧道施工过程中对高速公路地面的

影响.同时考虑到现场地质条件的复杂性，模型

对土层和建筑材料进行了一定简化，将隧道围岩 和土体都视为各向同性体，屈服准则采用Mohr-

Column准则，使用3D实体单元进行模拟，土体

参数来源于地质勘察报告.在实际施工中，锚杆

使用钢筋制作，初次支护、二次衬砌主要为钢筋 拱架和混凝土，故屈服准则均为线弹性，采用2D 单元划分，初期支护的等效弹性模量使用模拟法

计算得岀[W15].计算参数详见表1.同时为了尽可能减少使用模拟软件建立模型

时产生的尺寸效应，减轻模型边界约束的影响，

提高软件分析计算时的精度，取模型的边界为地

铁隧道跨度的3〜5倍.计算模型在X、Y、Z方

向上分别取171 mX 100 mX 100 m,即为实际工程

的YD1K1 + 327〜YD1K1+498段，具体的隧道模 拟模型如图3所示.计算模型边界约束使用软件提

供的自动约束功能添加，模型四周和地面为法向

约束，地表不添加约束为自由面.高速公路车辆

荷载的取值按规范取公路I级荷载10. 5 kN/m.表1模型的力学参数Tab・ 1 Mechanical parameters of the model材料名称E/GPay/kN • m-3卩c/kPa强风化层0. 000 722. 00. 433& 3软弱夹层0. 005 517. 70. 3540中风化层页岩3-025.90・30200弱风化层灰岩3. 526.40. 40450管柳等效加固3. 226. 30. 34—初期支护2& 023. 00. 20—二次衬砌31. 525. 00. 20—锚杆29. 525. 00. 30—路基5・02. 30. 28—图3计算模型Fig. 3 The model of computation3模拟计算结果及分析山区浅埋下穿隧道施工时，通常选用的施工

工法为：CD法、CRD法、双侧壁导坑法这类强调

小断面强支护的工法.本文在以上三种工法的基 础上增加了台阶法进行了模拟及计算.为了尽量

减少数值软件模拟的边界条件在计算时对结果的

影响，选取隧道中间断面即X = 85.5 m处进行分 析比较，从而得出最有效且适合的施工方法.运用Midas软件模拟施工时，台阶法施工步

骤为：先施工上台阶部分，由于隧道围岩是V级 围岩，上台阶长度考虑取1〜2倍隧洞宽，模拟时 上台阶每轮进尺取20 m,再施工下台阶，上下台

阶间距取20 m,最后施作仰拱部分；CD法施工步 骤为：先开挖隧道左侧断面，然后开挖4-6隧

道右侧断面；CRD法施工步骤为：隧道左侧断面 和隧道右侧断面交替开挖；双侧壁导坑法施工与

CD法类似，其步骤为；先施作隧道左侧超前导

洞，再施作隧道右侧导洞，在此期间保留中间核

心土区域，最后再进行隧道中间断面的开挖施工.

除台阶法外，模拟其余三种施工方法时，每一施

工步的进尺取3 m.具体步骤见图4.拱顶5 屮推熾拱廉(b) CIJ法图4观测点位置图Fig. 4 Location of observation points506西安建筑科技大学学报（自然科学版）第51卷3.1四种施工工法位移场分析比较3. 1.1垂直方向位移由表2和图5可以发现，在四种不同的施工工

法下，隧道施工至相同地点时，隧道四周各观测 点竖向位移的监测数据：双侧壁导坑法的拱顶沉

降值在完成施工后为一3.217 cm,左、右拱肩的

沉降值分别为一0.821 cm和一2. 303 cm,通过比

较可知，其各监测点的沉降值是四种施工工法中

最小的.其次是CRD法和CD法，比较8个监测

点的沉降值，这两种工法的沉降值大小相当，台

阶法的沉降值最大，拱顶沉降达到了一3. 995 cm.

从左右边墙处的竖向位移值来看，四种工法近乎

没有差别，左边墙位移值在1 cm左右，右边墙位

移在一0.2 cm左右.隧道底部的情况与拱顶相似,

采用台阶法施工时隧道撰底隆起值最大，达到了 6. 640 cm, CRD法和CD法较小，而且两种施工

方法在监测点所得到的位移值基本没有差异，隆

起值都在6.5 cm左右,双侧壁导坑法最小，隆起 值只有6. 074 cm.通过分析观测点所得的拱顶沉降值，其余三

种施工方案同双侧壁导坑法相比，台阶法的沉降 值增大了 24.2 %, CD法和CRD法的沉降值分别

大了 19.8 %、17.8 %；而在拱底隆起值方面，三

种施工方法分别増大了 9. 3 %、7.3 %、7.2 %, 工法排序与上文相同.可以看出，在控制隧道拱

顶沉降和拱底隆起方面，台阶法都不能取得理想 的施工效果，CD法和CRD法较为接近双侧壁导

坑法，且两种工法在各观测点所得到的数据相差 不大.通过比较可知，采用双侧壁导坑法施工效

果最好，其次是CRD法和CD法，考虑到施工复 杂程度和经济成本，推荐采用CRD法施工.O台阶法3 s 法6 •

■■ CR 礙

-1O収删址冷坑氓拱脚£拱启2创腑3rm11创删7拱厳8图5不同工法下各观测点竖向位移图Fig. 5 The vertical displacement of observation points underdifferent construction methods表2各施工方法各观测点竖向位移情况表｛单位：cm) Tab. 2 The vertical displacement of observation points under

different construction methods( Unit： cm)台阶法CD法CRD法双侧壁导坑法拱顶1-3. 995-3. 854-3.790-3. 217左拱肩2-1.459-1. 070—1. 069-0. 821右拱肩3-2. 942-2. 968—2. 935—2. 303左边墙41. 0381.1041. 1140. 952右边墙5-0. 218-0. 171—0.158-0. 218左拱脚63.5633. 3463. 3462. 829右拱脚72. 6662. 7502. 7422.108拱底86. 6406. 5226. 5146. 0743.1.2水平方向位移表3和图6为浅埋隧道在四种施工工法下，模

拟隧道施工至指定位置并施作支护措施后，得到

的8个监测点水平位移的具体数值情况；通过比较

可知，台阶法、CD法、CRD法这三种施工工法引

起的水平位移值都比双侧壁导坑法要小，综合比 较这三种施工工法，台阶法引起的水平位移值在8

个监测点中，只有左边墙4号点的数值小于其余两 种工法，其余各观测点的水平位移均大于CD法、

CRD法.CRD法所引起的水平位移值是四种工法

中最小的，CD法次之.表3各施工方法各观测点水平位移情况表｛单位：cm）TaK 3 The horizontal displacement of observation pointsunder different construction methods (Unit： cm)台阶法CD法CRD法双侧壁导坑法拱顶10. 6950.6150. 5940. 773左拱肩20. 7260. 6090. 6120. 704右拱肩30. 5000.4770. 4870. 701左边墙40. 6490. 6850. 7040. 826右边墙5-0. 096-0. 0040. 043-0. 272左拱脚6-0.117-0. 092—0. 0700. 177右拱脚7-0. 520-0. 447-0. 457-0. 821拱底8-0. 450-0. 315一0・ 304—0, 399分析图6可知，8个监测点中，只在监测点左 拱肩2、拱底8处，双侧壁导坑法施工所导致的水

平位移值比台阶法引起的水平位移值小，而在其

余监测点处，双侧壁导坑法控制水平位移的效果

都是最差的.为了更直观的比较四种工法在控制

隧道水平位移时的优劣，选择左边墙4号监测点作

为研究对象.双侧壁导坑法在此观测点的水平位第4期宋战平，等：浅埋地铁隧道下穿髙速公路施工方法比选507图6不同工法下各观测点水平位移图F^. 6 The horizontal displacement observation points under

different construction methods

移值是8个监测点上最大的，位移值达到了 0. 826

cm.在这一监测点上，其他三种施工工法同双侧

壁导坑法相比较而言；台阶法减小了 21. 4 %, CD 法减小了 17.1 %, CRD法减小了 14. 8 %.通过上文的分析可知，四种施工工法在控制 隧道水平收敛方面，双侧壁导坑法和台阶法表现

出的控制效果较差，分析其原因，由于台阶法施

工时掌子面开挖面积较大，施工对隧道扰动比较

大，造成水平位移较大.双侧壁导坑法分部小断

面保留核心土开挖，保证了施工时隧道的稳定，

但其施工步骤较多，且工艺复杂，造成水平位移 不能得到较好的控制.CD法和CRD法控制效果

无明显差异，使用CD法开挖时造成的水平位移平

均值比双侧壁导坑法小了 20 %左右，说明这两种

施工方法在控制隧道水平位移方面较好.3. 1.3地表沉降图7为四种开挖工法的沉降曲线，四条沉降曲

线都是两边沉降值小，中间沉降值大，表明地面

有沉降形成.对比分析各施工方法，地表沉降最 大值出现在5号观测点，台阶法的沉降最大，沉降

值达到了 一1.371cm.在5号观测点，其他三种工 法同台阶法进行比较可知，监测点处的地表沉降

值分别减小了 15.2 %、17.6 %、30.1 %.其中， 双侧壁导坑法在观测点CD1处沉降最小，只有一 0. 517 cm.控制高速公路地表沉降方面，四种施

工工法都可以达到规范控制要求，双侧壁导坑法

在控制地表沉降方面效果最好，其次是CRD法和

CD法，CRD法的沉降值相较而言更小，这两种工

法与双侧壁导坑法在相同监测点上的沉降值相差

很小，台阶法的效果最差.控制地表沉降是下穿施工的一个重点，模拟 结果表明，四种施工方法引起的地表沉降在0. 517

〜1. 371 cm之间，对高速公路的影响轻微.综合

隧洞垂直、水平位移的模拟结果，施工方法的最 优选择是双侧壁导坑法，但考虑到现场施工进度

和工程造价，选择CRD法施工符合现场实际情况,

且施工效果较好.表4不同工法下地表各测点沉降值（单位：cm}Tab. 4 Settlement values of surface measurement points

under different construction methods (Unit： cm)地表测点台阶法CD法CRD法双侧壁导坑法CD1-0.74—0. 598-0.576-0. 517CD2-1.061—0. 883-0.857-0. 747CD3—1. 269—1・ 068— 1.039—0.891CD4—1. 363-1.152-1.121—0.954CD5-1. 371-1.162-1.13—0.959CD6-1.31-1. 108-1.076-0.917CD7-1.184-0.994-0. 963-0. 829CD8— 1.002—0. 828—0.798-0.699监测庖Cl)l CD2 LD3 CD4 C1J5 CD6 CD7 CD8t-台阶法-0.2-*-CD 法-0.4-0.6-(IS-1.0图7不同工法下高速公路各测点沉降曲线图Fig. 7 Settlement curve of measuring points

under different construction methods

3.2不同工法施工后的围岩塑性区分布及分析图8为四种施工工法在隧道掌子面开挖完成后 的剖面图，其塑性区的分布无明显差异，只是塑

性区的占比和数值大小略有差异.各工法施工后

的塑性区大小占模型截面总面积的情况：按图8中

各施工工法的排列顺序来看，塑性区占比分别为39.2 %、39.5 %、48.5 %、4& 5 %.双侧壁导

坑法相较于其他三种工法，每次开挖面积较小,

施工步骤复杂，造成开挖过程中对围岩的扰动较

大，掌子面处的围岩应力需要较长的时间才能完 成重分布，分析图8后可看出，双侧壁导坑法施工 完成后，塑性区从隧道左上方地面经隧道右下方

贯通至围岩底部.508西安建筑科技大学学报（自然科学版）第51卷图8各工法下围岩塑性区云图Fig. 8 The plastic zone of surrounding rock under different constrnction methods3.3不同工法施作支护结构后隧道的受

力分析各施工工法在完成初期喷混后，隧道支护结

云图面积最大且数值最大，CD法和CRD法次

之，双侧壁导坑法最小.表5为初期喷混的第一 主应力值，结合图9分析，台阶法的拉应力、压

应力的极值相较于其他三种施工工法都是最大

构的最大主应力分布云图见图9,初期支护出现 的，三种工法按受力效果的排序同上.比较出现 最大值的台阶法和最小值的双侧壁导坑法，在最 大拉应力和最大压应力上，分别增加了 41.1 % 和 5& 2 %.最大主应力的位置都位于隧道中部，出现区域位

于隧道下穿高速公路施工处.比较四种施工方法 的拱顶初喷最大主应力云图的区域大小，台阶法

图9不同工法下初期啧混最大主应力云图Fig. 9 The maximum principal stress of initial shotcrete under different construction methods表5初期啧射混凝土第一主应力受力值(单位：MPa)Tab. 5 The first principal stress value of initial shotcrete(Unit： MPa)坑法的塑性区占比最高.而在完成初期喷混后拱

顶的受力情况方面，双侧壁导坑法最优，CRD法

和CD法略为次之，台阶法施工后拱顶的最大拉应

台阶法最大拉应力最大压应力CD法CRD法双侧壁导坑法力值、最大压应力值是这些工法中最大的•在实际施工的复杂程度方面；台阶法的施工

3. 3092. 5432. 5541.6452. 3451. 3042. 0641. 669工序较少，施工技术成熟，相较于其他工法而言 比较简单，成本和效率上最好控制.CD法需要在

通过分析比较四种施工工法的模拟结果后， 可以发现：隧道下穿浅埋地层施工时，台阶法的

分步施工时添加临时支撑，但较于CRD法和双侧 壁导坑法还是较为方便.但在浅埋地层中开挖隧

结果是最不理想的，由于施工时开挖面积较大对

围岩扰动最为严重，其在施工过程中在拱顶和地

道，CD法在控制围岩变形方面稍差于这两种工

法，但在施工速度和成本控制方面优于CRD法. 双侧壁导坑的施工效果最好，但施工进度不快,

表沉降的数值是最大的，表明其控制效果远不如

其他几种工法.双侧壁导坑法同其他三种工法相

比其在控制地表和拱顶竖直方向上表现最好，在 控制隧道的水平位移方面较差.从模拟结果来看,

其施工成本造价也高.在实际施工时要考虑工期和成本，必须在满

足工程本身安全可靠和质量的基础上，尽可能加

CD法与CRD法在各项数据上都逊于双侧壁导坑 快施工速度.通过上述比较，考虑到此段地铁隧

法，但这两种工法没有明显的差异，CRD法要略 道下穿既有高速公路及公路涵洞，为了保证高速

微优于CD法.公路的行车安全及正常运营，推荐此下穿段使用

从围岩塑性区的云图面积上来看，双侧壁导 CRD法施工.使用CRD法施工能够很好的控制高

第4期宋战平，等：浅埋地铁隧道下穿髙速公路施工方法比选509速公路地表沉降、隧道的收敛变形速率、围岩应 力每步施工时都会得到一定地释放，使隧道保持

相对稳定的状态.同时，分步小断面开挖并快速

初喷和添加支护，使开挖部分封闭成环，能改善 隧道初支的受力情况，保障隧道施工人员的安全.4现场监测数据分析4.1拱顶监测数据与模拟数据对比分析拱顶下沉观测断面所在的里程为YD1K1 + 450,拱顶沉降观测使用的仪器为GFS-1测微器.

图10为模拟施工后得到的数据和现场监测数据, 模拟施工和现场施工都选用的是CRD法施工，观

测点位置在施工至断面前选择隧道拱顶上方地表,

通过后选择隧道拱顶.由图中现场监测沉降曲线

可知，在距离监测断面30 m的地方迸行施工时, 隧道拱顶地表的沉降开始逐渐増大，施工至

YD1K1+ 450断面这段时间内，沉降值増大到

10 mm左右后，沉降在隧道施工通过监测断面后基

本没有增加，随着隧道接着施工，沉降值达到了

13 mm左右，继续推进至15 m后，现场监测的沉

降值急剧增加，推迸到16 m后，拱顶沉降又再次

保持稳定，在下穿施工期间，拱顶的总计沉降达

到了 39. 8 mm,沉降变化的平均速率达到了 2. 487

5 mm/d.图10 YD1K1+450处沉降变化■曲线图Fig. 10 The settkraent variation curve of YD1K1+4S0 mil 吨e模拟沉降曲线同现场监测曲线相比，其模拟 施工至监测断面时，沉降值只有4.12 mm,再施

工2 m后，沉降曲线同现场监测曲线相吻合，在

15 m处，沉降值没有突然急剧增加，而是继续稳

定在13 mm左右，同实际沉降曲线相背离.出现 差异的原因是由于掌子面推进至此时，因天气原

因暂时停止施工，复工后，隧道因受降水影响，

拱顶沉降突然变大，模拟施工时未考虑降雨因素,

导致监测数据与模拟数据出现巨大差异，故其沉

降曲线波动很小，同实际情况相比有很大差异.模拟沉降曲线的走势在未下雨前，与实际沉 降曲线走势基本一致，说明实际施工中使用CRD

法取得了预期效果.4.2地表沉降监测数据图口为地表监测点布置图.从图12可看出，

浅埋地铁隧道下穿高速公路施工，下穿隧道右线隧

道上方的高速公路路面沉降比左线上方的路面大,

监测点中405-3处的沉降值最大，为86. 07 mm.

390、395处的监测点路面沉降在27〜36 mm之 间，属于施工扰动的正常范围之内.395至410监

测点数据显示，有8个监测点处的路面沉降值在

50 mm及以上，高速公路正常运营已受到影响. 出现过大沉降的原因是，下穿隧道右线隧道靠近

已有涵洞，受隧道开挖扰动的影响较大.图11监测点布置图Fig. 11 The layout of measuring points图12 12月监测点累计沉降■Fig. 12 The settlement of measuring points in December从图13可看出，沉降最大处的405-3监测点在

下穿高速公路施工完成后，其沉降值继续増加，从

86.07 mm 增大到 87.62 mm,累计沉降 1. 55 mm. 沉降基本保持稳定的原因有两个，一个是因为下

穿施工前高速路基已受到扰动，路基沉降已基本510西安建筑科技大学学报(自然科学版)第51卷完成，二是CRD施工后沉降得到了有效控制，在

施工过程中路面没有发生过大沉降，保证了高速

公路的行车安全.时间/冃图13 405・3监测点累计沉降量Fig. 13 The comulative settlement at 405-3 measuring point5结语经过以上的数值模拟计算和分析后，能得到

下列结论：(1) 对于浅埋地铁隧道下穿既有高速公路的施

工时，应分步小断面开挖，减少掌子面开挖面积， 从而减轻施工对隧道周围土体的扰动.在控制地

表沉降方面，CRD法仅次于双侧壁导坑法，但二

者相差较小，台阶法引起的沉降最大.(2) 分析四种工法施工时隧道支护结构的受力

状态，按照初喷施工后隧道拱顶的拉应力区域大

小来排序为：台阶法、CD法、CRD法、双侧壁导

坑法.CD法和CRD法完成初期喷混施工后，隧

道拱顶处的受力状态几乎相等，台阶法中隧道支 护的拉、压应力值为上述施工方案中的最大值.(3) 从施工工艺的复杂程度上看，台阶法的施

工技术最为成熟且造价较低，双侧壁导坑法施工

最为复杂，且施工造价高.为了尽量减少对正常

运营的高速公路的通行产生影响，同时保证隧道

和高速公路的安全，减少地表沉降.推荐下麦西 浅埋地铁隧道下穿高速公路施工时采用CRD工法.(4) 通过对现场监测数据的分析，CRD工法在

控制拱顶沉降、地表沉降方面起到了预期作用，

所量测得到的沉降值在合理范围之内.参考文献 References[1]袁驰宇•下穿复杂条件超浅埋暗挖隧道施工技术研究[D].西安：西安建筑科技大学，2015.

YUAN Chiyu. A study on construction technology in

undercrossing ultra-shallow buried tunnel under com­

plex conditions[D]・ Xi'an： Xi'an Univ・ of Arch. & Tech- s 2015.[2] 张著.下穿隧道施工对山区髙速公路路基稳定性影响

的研究[D].重庆：重庆大学，2014.ZHANG Zhu, Research on the stability of mountain areas highway road bed impacted by the construction of

undercrossing tunnel[D]・ Chongqing： Chongqing Uni­

versity, 2014.[3]

刘松涛，张国安，杨秀竹，等.上软下硬地层铁路隧

道下穿既有高速公路施工方法研究[J]・铁道科学与 工程学报，2011, 8(5)： 35-39・LIU Songtao, ZHANG Guoan, YANG Xiuzhu, et al. Study on the construction method of railway tunnel

crossing under expressway and built in upper soft and

lower hard stratum[J ]・ Journal of Railway Science and

Engineering, 2011, 8(5): 35-39,[4] 施成华，彭立敏，刘宝琛.浅埋隧道开挖对地表建筑

物的影响[J].岩石力学与工程学报，2004, 23(19)：

3310-3316.SHI Chenghua, PENG Chenghua, LIU Baochen. In­

fluence of shallow tunnel excavation on ground surface

buildings]J]• Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2004, 23(19)： 3310-3316.[5] 晏莉，阳军生，刘宝琛.浅埋双孔平行隧道开挖围岩

应力和位移分析[J]・岩土工程学报，2011, 33(3)： 413-419.YAN Li, YANG Junsheng, LIU Baochen. Stress and

displacement of surrounding rock with shallow twin­parallel tunnels [ J ]・ Chinese Journal of Geotechnical

Engineering, 2011, 33(3): 413-419・[6] 韩凯航，张成平，王梦恕•浅埋隧道围岩应力及位移

的显式解析解[J]・岩土工程学报，2014, 36(12)： 2253-2259.HAN Kaihang, ZHANG Chengping, WANG Meng- shu・ Explicit analytical solutions for stress and dis-

placemen t of surrounding rock in shallow tunnels]J]・ Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2014, 36

(12)： 2253-2259.[7] 赵纪平.趨浅埋隧道下穿髙速公路、国道施工技术研

究[J].隧道建设，2009, 29(4)： 441-445, 465.ZHAO Jiping. Construction technology for super-shal-

low^buried tunnels passing underneath expressways and national high ways] J]. Tunnel Constrution, 2009,

29(4)： 441-445, 465.[8] 王志，杜守继，张文波，等•浅埋铁路隧道下穿高速

公路施工沉降分析[J].地下空间与工程学报，2009, 5(3)： 531-535,572.(下转第596页)596西安建筑科技大学学报（自然科学版）thermal comfort environment of villages and towns in

第51卷science [ M ]. Beijing： China Building Industry-

severe cold regions [ J ]. Journal of Harbin Institute of Press, 2001.[10] IOS. Moderate Thermal Environments, Determination

Technology,2006 (12) ：2108〜2111.[7] 刘加平.建筑物理[M].4版.北京：中国建筑工业出版

of the PMV and PPD indices and Specification of the

社,2010.Conditions for Thermal Comfort: ISO Standard 7730 [S]・ Geneva: International Organization for Standardi­zation, 1984.LIU Jiaping. Building Physics [M]. 4th ed. Beijing： China Building Industry Press,2010.[8]

杨世铭，陶文锥•传热学[M].北京：高等教育出版 社,2006.YANG Shiming, TAO Wenzhao. Heat transfer theory [M]. Beijing： Higher Education Press,2006.[11] 刘抚英，厉天数，赵军.绿色建筑设计的原则与目标

[J]建筑技术,2013(3):212-215.LIU Fuying, LI Tianshu, ZHAO Jun. Principles and Objectives of Green Building Design [J] Architecture

[9] 金招芬，朱颖心•建筑环境学[M].北京：中国建筑工 Technology,2013 (3) ： 212-215.业出版社,2001.JIN Zhaofen, ZHU Yingxin. Building environmental

(编辑桂智刚)(上接第510页)

WANG Zhi, DU Shouji, ZHANG Wenbo, et al. A- nalysis of construction settlement of shallow railway

tunnelfj]. Chinese Journal of Underground Space and Engineering, 2007 , 3(4) ： 758-764.tunnel under crossing the highway]J]・ Chinese Journal [13] 陈彬科，陈林杰，吴建辉，等.新建地铁下穿既有轨

of Underground Space and Engineering, 2009, 5(3)： 531-535 + 572.道车站施工方案研究[J]・中外公路，2018, 38(6)：

186-189.[9] 姜波.浅埋暗挖法地铁施工对周围建筑物影响规律 [J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版)，2016, 35

CHEN Binke, CHEN Linjie, WU Jianhui, et al. Study on construction schemes of new metro down­passing existing metro station[J]. Journal of China &

(5)： 484-487.JIANG Bo. Surrounding buildings influence law under the condition of subway construction used by shallow tunnel [ J ]. Journal of Liaoning Technical University (Natural Science Edition) , 2016, 35(05) : 484-487.Foreign Highway, 2018, 38(6) : 186-189.[14] 李春清，梁庆国，吴旭阳，等.复合式衬砌初期支护

刚度及影响因素分析[J].隧道建设，2014, 34(8)：

754-759.[10] 陈建平，吴立.地下建筑工程设计与施工[M].武汉： LI Chunqing, LIANG Qingguo, WU Xuyang, et al. Analysis on rigidity of primary support of composite

中国地质大学出版社，2000.CHEN Jianping, WU Li. Underground engineering

lining and its influencing factorsfj]. Tunnel Construc­

design and constructionfM]. Wuhan： China Universi­ty o£ Geosciences Press, 2000・tion, 2014, 34(8)： 754-759.[15] 晏勤，李树忱，谢璨，等.锚杆加固作用下圆形隧道

复合岩体围岩特征曲线解析方法研究[J].岩石力学

[11] 袁竹，陈勇，王柱.山区单线铁路隧道下穿高速公路

影响分区研究[J]・隧道建设，2016, 36(2)： 164-169.与工程学报，2017, 36(12)： 3021-3027.YAN Qin, LI Shuchen, XIE Can, et al. Analytical so­

YUAN Zhu, CHEN Yong, WANG Zhu. Study on in­fluence zoning of single-track railway tunnel under­passing expressway tunnel at mountainous areas [ J ]. Tunnel Construction, 2016, 36(2) ： 164-169.lution for ground characteristic curve of composite rock mass reinforced by bolts in circular tunnels[J]. Chi­

nese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2017, 36(12)： 3021-3027.[12] 雷位冰.温福铁路瑁头岭隧道下穿公路隧道施工技术

[J].地下空间与工程学报，2007, 3(4):758-764.LEI Weibing. Construction technology for Wenfu rail­

(编辑桂智刚)way guantouling tunnel under crossing the highway