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摘要：铁路隧道下穿会导致高速公路路基路面下沉，严重威胁交通安全。建立隧道，地基，路基三者相互作用计算的模型，在公路的负荷作用下，分析隧道的各方面因素与路基下沉之间的相关规律。通过大量的工程以及试验案例来验证沉降控制基准的规范性，研究结果可以对铁路隧道下穿施工引起的地面沉降提供有效的数据。
关键词：隧道下穿；路面沉降；规律
引言：在我国，新建的大量铁路是以山体隧道的形式下穿然后形成公路，这样的行为，不免会对地层产生扰动，产生不同程度的地面下沉。这样不仅会对铁路的施工与周边的生态环境产生不利的影响，并且还会造成现有的路面破坏，引起较为严重的安全事故，从而造成人员伤亡与经济利益的损失。所以，科学规范的研究隧道下穿施工引起高速公路路基下沉规律，制定控制基准，以此来减轻，避免甚至消除由于施工引起地表沉降的消极影响。
1.施工引起路面不均匀下沉分析
隧道下穿既有路面会产生一定量的不均匀下沉，为了满足各项要求的变化，例如：设计标准，纵横坡，平整度等不能超出我国公路等级规定的技术标准。除此之外，还应当满足地层以及结构稳固的相关要求。
（1）纵坡要求
按照我国道路工程技术标准的相关规定，各个公路等级之间纵坡的标准实际仅仅相差百分之一。所以，在对于公路纵坡的规划设计上，应当考虑地基的沉降，从而降低纵坡标准，使其不能超过规定要求，否则这样就会降低所建造公路的等级。
（2）横坡要求
为何要设计路面横坡，其目的是及时的将降水排出路面，从而保证司机行车的安全。根据规定可知，横坡的不均匀沉降坡度差与纵坡一样，不得超过百分之一。
（3）平整度
由于我国在建设高等级公路方面起步较晚，很多技术的标准有待补充与提高。因此根据机场道面的平整度规定，其道面平整度可用3m直尺对其进行研究。在我国，公路水泥混凝土路面以及沥青混凝土路面也有相应的养护标准。
（4）地层及结构稳定要求
根据地层位移的实测结果我们可以得知，地层的位移过程是由洞室临空面向地面渐次延伸的，这就说明，地表破裂面的形成也是由洞室向周围的地面缓慢延伸的。因为peck曲线（拐点）处剪应变最大，当地层到达其极限时此刻该拐点剪应变也达到极限值，这也就是地层破坏的控制点。根据施工安全的方面来看，一隧道侧面正上方控制点发生坍塌的最小值作为控制基准。可以将地表的沉降横断面的Peck曲线看作地层横向梁的挠度曲线，根据地层梁理论导出极限剪应变法来确定该基准数值。在研究中，我们发现人们的需要逐渐从结构性能向环境控制要求方面进行发展。
2.施工引起的路面沉降规律研究
（1）模拟施工情况
在相同的条件下，可以通过三维数值模拟以及二维数值模拟。根据三维的计算结果我们可以知道，横向最大沉降的斜率是远远高于纵向的，除此之外还发现，三维数值对于地表模拟出横向沉降最大值和斜率都要比二维数值模拟出的结果小，所以在沉降控制标准的解析时可以根据二维数值模拟来进行研究。
（2）施工方法：台阶法开挖
因为各个影响因素水平数比较多，计算时间过于长，所以我们可以采用混合正交模型法来进行设计研究。
3.数值计算结果分析
（1）下穿隧道埋深对路基沉降变形影响
为全面反映出施工隧道不同下穿深度对公路路面的影响，本文依次取可隧道路面一下3m，5m，10m，30m，40m处下穿现有公路，根据下穿深度的不同，对单线铁路隧道与双线铁路隧道分别计算，形成下面两幅曲线图：
图1表示的是最大沉降与隧道埋深的关系曲线图
图2表示沉降槽的宽度系数i与隧道埋深H的关系图
从图1我们可以得知，铁路隧道下穿高速公路路基所引起的路基沉降与隧道下穿的深度有很大的关系。单线隧道，隧道埋深越小，路面的沉降值反而越大。所以应当采取与之对应的措施，避免土层的塌陷。同时我们发现，当隧道埋深大于隧道的一半时，隧道的埋深与施工引起的损失成正比，所以，路面最大沉降值会加大。而当埋深大约到达3D时路面的沉降不再增加，最后的影响会越来越小。
从沉降槽的形状中我们可以看出，隧道埋深的越浅，沉降槽的宽度越小，但沉降曲线较大；随着埋深的不断增加，沉降槽的宽度也在不断的增加，但沉降曲率变得越来越缓和。所以，当隧道的埋深较小时会对路面的破坏较严重，埋深较大时却相反。
单线隧道与双线隧道施工时对路基的影响也有一定的差别。根据图表，我们可以发现，双线隧道所引起的路基沉降大于单线隧道，沉降槽宽度系数i与隧道埋深有关，当隧道的埋深相对比较小时，双线隧道地表沉降槽宽度系数大于单线隧道，当隧道的埋深较大时，此刻的双线隧道所引起的地表沉降槽宽度与单线隧道基本相同。
（2）上覆土层土体与路基沉降之间的关系
关于对隧道周围土体强度对隧道开挖引起的路基下沉变形影响，分别选取粘聚力为10.0、15.0、0、20.0、30.0kPa和内摩擦角为15度、20度、25度、30度进行了分析。得到了土层强度对路基沉降变形的影响规律。
图3最大沉降值、沉降槽宽度系数与粘聚力关系曲线
从图3我们可以得出，土层内摩擦角对于路基的沉降有比较大的影响。土层内摩擦角的不断增加，路面的沉降值与其呈线性关系随之不断减小。当其达到一定值时，沉降量减小缓慢。内摩擦角的变化对路面沉降槽液会有一些相应的影响，内摩擦角的不断增加，路面沉降槽宽度会有所加大，但其幅度并不是非常大。单线隧道对土层内摩擦角所引起的路面沉降会有更大的影响。
结论
（1）从公路纵横坡，平整度以及工程结构稳定的需求出发，提出了采用平整度的要求来控制施工路面的不均匀沉降。
（2）单双线隧道下穿既有公路沉降槽宽度系数与隧道埋深呈线性关系。
（3）单双线隧道下穿既有公路地表的最大沉降值与埋深，弹性模量以及黏聚力间有着符合幂指数关系。在同一环境下，随着跨度的不断变化，双线铁路隧道下穿既有公路路面最大沉降数值时单线的两倍左右。
（4）提出了在相应层次铁路隧道下穿不同等级和路面形式所引起的沉降控制基础。
（5）铁路隧道的下穿深度不仅会影响路基面的沉降，而且也对沉降槽的形状以及宽度有所影响。其存在着一定的线性关系。
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