本工程为科技中二路下穿北环大道接朗山二号路，隧道釆用浅埋暗挖法；双洞闭合框架总长433m，U槽总长252m，暗挖段全长335m，采用浅埋暗挖法施工。隧道断面形式为直墙坦拱连拱断面，采用复合式衬砌结构，即初期支护由喷射混凝土、锚杆(管）、钢筋网、刚拱架组成，二次衬砌为钢筋混凝土结构，双洞开挖跨度为21.3m，开挖髙度为7.7m，结构覆土厚度约3~l0m。
1 管道基本情况
下穿隧道工程中科技北二路与科技中二路连接隧道，与现有三处燃气管及输油管道（次高压燃气钢管DN500,次高压燃气钢管DN600及输油钢管DN600）交叉，设计隧道拱顶与既有管道距离为5米以上，具体可参考表1，被保护管线与暗挖隧道关系立面图见图1。
表1 输油、燃气管道概况
| 序号 | 产权单位 | 管道直径 | 设计管道压力（KPa) | 介质 | 备注 |
| 1 | 中国石化 | DN600 | 9500 | 石油 | 需防护管线 |
| 2 | 大鹏燃气公司 | DN600 | 9200 | 天然气 | |
| 3 | 深燃集团 | DN500 | 500 | 天然气 |
图1 被保护管线与暗挖隧道关系立面图
2 管道保护方案设计
为确保施工期间的管道安全，现对该隧道途经的三处管段采用桩基承载贝雷架，贝雷梁托架管道的措施进行加固防护，见图2。
管道保护施工顺序为：开挖→挖桩→施作承台→架设钢梁→搭建贝雷梁→安装吊带→布置监测点→隧道下穿施工→隧道下穿完成→拆除贝雷梁并恢复路面。
图2 贝雷桁架立面图
3 管道保护方案数值模拟分析
3.1 几何模型的建立及网格划分
北环大道下穿工程下穿既有管线的数值模拟模型建立如下。
（1）模型边界按照洞室中心外3~5倍洞室特征尺寸的原则确定，因此，模型尺寸为100m×l50m×50m（长×宽×高）。
（2）模型中的土体、管道、隧道支护、桩、承台、吊带采用实体单元进行模拟；最终，模型包含实体单元（zones）189709个，节点（grid-points）40889个。
根据施工方案，本下穿工程拟采用中洞法施工。数值模拟分析计算过程如下：
隧道中导洞开挖及支护施作→隧道侧导洞开挖及支护施作→隧道二衬封闭成环→拆除横撑施工，计算共分50步完成下穿工程的施工。
3.2 岩土体及管道材料参数的确定
在综合考虑场地的岩土工程勘察结果和数值模拟的计算需求后，对岩土体的基本参数进行取值。根据地勘报告并结合模型计算需要，将计算范围内土体简化分为3层。计算中，既有管线的本构模型采用具有连续屈服特征、无明显的屈服平台,具有非常高的延伸率的弹性—均匀塑性型。
如前所述，既有管线及模型中的混凝土材料采用弹性模型进行模拟，考虑结构的小变形，各材料相关参数如表2。
3.3 模拟结果及分析
北环大道下穿工程穿越既有燃气、石油及热电管道在模拟计算中考虑了支护结构及隧道施工的全过程。下穿隧道与上部管线总体沉降如图3所示。
图3 隧道与管线沉降图
3.4 穿越段管道顶部测点沉降历时
既有管线顶部沉降历时反映了隧道开挖施工过程对管线沉降值变化的影响趋势。各测点的沉降历时曲线见图4。从图中可以看出，各测点的沉降历时曲线均经历了“施工到达前的微小影响阶段→施工到达过程的快速沉降阶段→最终施工完毕之后的沉降稳定阶段”。由于隧道施工到达各测点的时间不同，所以各测点三阶段变化规律的开始节点有所不同。
图4 各管线测点沉降历时曲线
最终，各管线上测点的沉降值均达到一个稳定的值。各测点最终沉降值大鹏燃气集团LNG管道-2.64mm、深燃集团燃气管道-2.67mm、中国石化输油管道-2.65mm，表中负值表示沉降。
3.5 管道整体沉降趋势
既有管道顶部测点的整体沉降趋势反映了下穿隧道开挖后管道的整体形变形态，因此，本文在计算中对此加以讨论。取距隧道中心两侧各40m，共80m的管道研究，施工完成后各管道整体沉降趋势见图5。
图5 隧道施工完毕后各管线最终沉降
从上图可以看出，各管线整体变形在下穿隧道正上方附近为最大值，三条管线整体变形趋势满足正态分布，与Peck提出的分布规律相吻合，具体沉降值见表3。
3.6 加固效果评价
为体现出施作加固措施以后对沉降控制的效果，建立了尺寸为100m×l50m×50m（长×宽×高）的对比模型，见表4，两者的唯一区别就是有无加固措施。
从表中可以看出管道施作加固措施以后不仅大大缩减了沉降值（管道最大沉降值由原来的-33.21mm降为了-2.67mm），还有效地控制了差异沉降（管道最大差异沉降值由原来的31.48降为了2.631mm）。
4 结论和建议
通过对各点沉降值与施工步序的变化关系以及管线整体沉降与施工步序关系进行分析，可得如下几点结论。
（1）各管线的最大沉降值均出现在与新建下穿隧道相交的位置，其中深燃集团燃气管道的沉降值最大，为-2.67mm，满足带压管道所允许的安全工作限值。
（2）各点的沉降历时曲线均经历“施工到达前的微小影响阶段→施工到达过程的快速沉降阶段→最终施工完毕之后的沉降稳定阶段”这三个阶段。由于隧道施工时掌子面到达各测点的时间不同，所以各测点三阶段变化规律的时间节点有所不同。
（3）既有管线的总体沉降趋势整体上满足正态分布，符合Peck经验公式所给出的描述。
（4）各管线测点沉降速率随施工步序变化大体趋势一致，沉降速率经历缓慢增加、急剧增加、急剧下降和稳定四个阶段，其中中国石化输油管道的沉降速率峰值最大为-0.308mm/步。
（5）管道加固后有效的控制北环大道下穿施工对管道沉降影响，相比于未施作加固直接下穿施工所得到的管道沉降值，能显著降低管道沉降，降幅约为92%。
参考文献
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收稿日期：2018-06-12
作者简介：吕燕荣（1987-），男，江西吉安人，深圳市市政工程总公司工程师，硕士，研究方向：桥梁结构理论。
