【摘要】隧道施工與既有構(gòu)筑物的立交段安全性是十分重要的問題。為研究探討隧道施工與光伏升壓站立交段相互影響關(guān)系，以盤興高速鐵路保田隧道下穿光伏升壓站為例，通過隧道施工對光伏升壓站的數(shù)值模擬分析，加上爆破施工及巖溶的影響分析，得到硬質(zhì)巖大埋深下，隧道施工與立交段升壓站相關(guān)影響較??；隧道施工時最大起爆裝藥量應(yīng)小于相應(yīng)工況的計算值；針對巖溶強(qiáng)烈發(fā)育的地質(zhì)條件，隧道應(yīng)設(shè)置排水通道，地表升壓站應(yīng)置于穩(wěn)固的持力層上等結(jié)論。為相似工程提供參考與借鑒。

【關(guān)鍵詞】隧道施工；光伏升壓站；立交段

【中圖分類號】U455.4" " " "【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A" " " "【文章編號】1673-6028（2024）04-0117-03

0" 引言

隨著國家交通行業(yè)的高速發(fā)展，可選擇的走廊通道越來越少，隨之而來的構(gòu)筑物相互交叉段大量涌現(xiàn)。隧道作為穿越巖土體的地下構(gòu)筑物，難免產(chǎn)生與地表構(gòu)筑物相互立交的情況，尤其是線性要求高、曲線半徑大的高速鐵路隧道。陳敬軍[1]進(jìn)行了超淺埋暗挖雙層隧道下穿城市主干道設(shè)計研究，提出了加強(qiáng)分塊施工的初支拱腳剛度和拱部回填注漿有利于控制地表沉降的建議。張震等[2]進(jìn)行了大跨度隧道下穿高壓輸電鐵塔施工技術(shù)研究，以三車道大跨度隧道下穿一高57 m的高壓輸電鐵塔為例做了研究，表明采用地表注漿、框架梁加固塔基、塔基擴(kuò)大和托換的聯(lián)合加固措施是可行的。謝曉鋒等[3]采用動力有限元建立三維模型，得出了立交下穿隧道與既有隧道不同工況下的動力響應(yīng)結(jié)果，表明一定工況下在水平距１倍洞寬范圍內(nèi)的既有隧道襯砌振速將會超限發(fā)生破壞。劉新榮等[4]對立交隧道進(jìn)行三維物理模型試驗(yàn)，得出了不同圍巖級別與凈距下的結(jié)構(gòu)受力情況，并提出不同工況下的立交段結(jié)構(gòu)物凈距控制值。

但現(xiàn)有研究中，鮮有隧道施工與交叉段光伏升壓站的安全研究。研究人員依托盤興高速鐵路保田隧道與光伏升壓站立交段工程，通過有限元分析軟件，分析了隧道施工對光伏升壓站的受力變形影響。同時進(jìn)行了隧道爆破施工對升壓站的振動影響研究，此外還進(jìn)行了巖溶地質(zhì)情況對立交段隧道與光伏升壓站的影響分析，并給出了措施建議。

1" 工程概況

盤興鐵路位于貴州省境內(nèi)，自滬昆客運(yùn)專線盤州站引出，經(jīng)盤州市水塘鎮(zhèn)、保田鎮(zhèn)、興義清水河至萬峰林機(jī)場，新建正線長98.207 km，為250 km/h高速鐵路客運(yùn)專線。保田隧道位于貴州省盤州市響水鎮(zhèn)至保田鎮(zhèn)，為單洞雙線隧道，全長11 178.728 m，最大埋深約240 m。

某新能源有限公司擬于盤州市保田鎮(zhèn)鵝毛寨新建200 MW農(nóng)業(yè)光伏電站220 kV升壓站及配套工程（以下簡稱升壓站）。升壓站作為鵝毛寨200 MW農(nóng)業(yè)光伏電站配套送出變電工程，其作用主要是將鵝毛寨光伏電站所發(fā)電力由35 kV升壓至220 kV送出，升壓站均為單層建筑。

保田隧道于DK51+600附近下穿升壓站站址西南角，升壓站西南角主要建筑物和設(shè)備為SVG室和SVG戶外充電設(shè)備，位置關(guān)系如圖1所示，隧道拱頂與升壓站豎向凈距約108 m。

交叉段地層位于灰?guī)r夾白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖中弱風(fēng)化層中，為硬質(zhì)巖地層，巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，勘察揭示地下水發(fā)育，施工時涌水量較大。

2" 數(shù)值模擬分析

2.1" 計算模型

采用Abaqus軟件，地層采用Mohr-Coulomb模型和CPE4平面應(yīng)變實(shí)體單元，隧道襯砌采用線彈性模型和B21梁單元，如圖2、圖3所示。隧道兩側(cè)和下方土體考慮三倍隧道寬度，模型長約100 m，高150 m。升壓站建筑物均為單層建筑，荷載較低，將其考慮為20 kPa的地面超載。

2.2 計算參數(shù)

計算參數(shù)根據(jù)《盤興線保田隧道初步設(shè)計》《盤縣鵝毛寨200 MW農(nóng)業(yè)光伏電站220 kV升壓站及配套220 kV送出工程（變電部分）初步設(shè)計階段站址選擇及變電部分說明書》和《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》（TB 100032016）選取，取較不利參數(shù)作為計算參數(shù)，如表1所示。

2.3" 數(shù)值計算分析步驟

隧道施工對升壓站的影響計算分析步驟：①地應(yīng)力平衡；②升壓站荷載施加；③對開挖區(qū)土體進(jìn)行強(qiáng)度折減；④施作隧道襯砌；⑤開挖隧道。

2.4" 計算結(jié)果

隧道對升壓站的影響計算結(jié)果如圖4、圖5所示。

計算結(jié)果顯示，隧道開挖導(dǎo)致圍巖卸荷，地表發(fā)生沉降，在隧道左右50 m范圍內(nèi)，地表沉降最小為0.113 mm，最大為0.117 mm，在隧道正上方時最大。

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB 500072011） 中建筑物地基變形允許值，升壓站允許變形按0.002 L控制（L為相鄰柱間距）。升壓站SVG室為9.24 m×9.24 m正方形布置，則其柱基間沉降差控制值為9 240×0.002=18.48 mm。隧道施工所導(dǎo)致的沉降值及沉降差值遠(yuǎn)小于升壓站SVG室柱基間沉降差控制值。該立交段位于硬質(zhì)巖中且埋深較大，隧道施工導(dǎo)致的地面沉降對升壓站影響較小。

3" 隧道爆破施工對升壓站的影響分析

保田隧道為礦山法隧道，采用鉆爆法開挖，隧道爆破地點(diǎn)與升壓站之間應(yīng)保持一定安全允許距離，升壓站所在地基礎(chǔ)質(zhì)點(diǎn)峰值振動速度應(yīng)滿足相關(guān)要求，最大起爆裝藥量應(yīng)小于限值。

3.1" 計算理論

參照《爆破安全規(guī)程》（GB 67222014），采用薩道夫斯基公式進(jìn)行計算分析。由于常規(guī)爆破無法滿足要求，施工中應(yīng)控制一次爆破用藥量。根據(jù)薩道夫斯基公式，爆破振動的安全距離R為：

（1）

式中：R為爆破振動安全允許距離，m；V 為保護(hù)對象所在地質(zhì)點(diǎn)振動安全允許速度，cm/s；Q為炸藥量，齊發(fā)爆破為總藥量，延時爆破為最大一段藥量，kg；K、α與爆破點(diǎn)至計算保護(hù)對象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)。

3.2" 計算結(jié)果

升壓站建筑物基礎(chǔ)承力層為中風(fēng)化白云巖，本次計算中的K、α值按照中硬巖石選取，取值K=200、α=1.65進(jìn)行計算。計算結(jié)果如表2所示。

最大齊爆裝藥量為23.4 kg時，升壓站處質(zhì)點(diǎn)振動速度為0.5 cm/s，滿足規(guī)范所需安全允許振動速度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，最大齊爆裝藥量為23.4 kg滿足250 km/h單洞雙線隧道采用臺階法施工爆破要求。

4" 巖溶對隧道與升壓站的影響分析

保田隧道與升壓站交叉段所在地層為可溶巖地層，巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，富水性強(qiáng)，巖溶含水層，巖溶裂隙、溶洞及巖溶管道水。

隧道設(shè)計為排水型隧道，采用雙側(cè)溝及中心溝的方式。襯砌背后的積水通過環(huán)向和縱向盲管以及邊墻泄水孔匯集后引入側(cè)溝，再經(jīng)過側(cè)溝的匯集和沉淀后通過橫向?qū)軐?cè)溝水引入中心溝，由中心溝排出洞外。隧道預(yù)測涌水量較大，其中立交段地下水通過四號橫洞排出洞外。

在巖溶地區(qū)，地下水位下降易造成真空吸蝕，形成巖溶空腔使地面塌陷，但是否發(fā)生，尚取決于覆蓋層頂板穩(wěn)定性。因此，升壓站建筑物及其設(shè)備基礎(chǔ)應(yīng)置于穩(wěn)定承力層之上，防止因地下水位下降造成真空吸蝕，使地面塌陷。

5" 結(jié)語

通過盤興高速鐵路保田隧道下穿光伏升壓站工程施工數(shù)值模擬分析，對爆破施工及巖溶的影響分析，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論與建議。①隧道施工引起升壓站的最大位移滿足《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB 500072011）中建筑物地基變形允許值要求，硬質(zhì)巖大埋深下隧道開挖對地表構(gòu)筑物影響較小。②按安全允許質(zhì)點(diǎn)振速為0.5 cm/s控制，最大齊爆裝藥量為23.4 kg時，允許安全距離為108 m，升壓站處質(zhì)點(diǎn)振動速度為0.5 cm/s。同時，該裝藥量滿足250 km/h單洞雙線隧道采用臺階法施工爆破要求。③隧道設(shè)置排水通道以保證巖溶水順利排出。升壓站建筑物及其設(shè)備基礎(chǔ)應(yīng)置于穩(wěn)定持力層之上，防止因地下水位下降造成巖溶地層的真空吸蝕，從而使地面塌陷。④建議隧道施工嚴(yán)格按設(shè)計實(shí)施并制定專門的施工技術(shù)措施，尤其是爆破措施，并加強(qiáng)協(xié)調(diào)溝通，保證隧道施工安全及升壓站的運(yùn)營安全。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳敬軍.超淺埋暗挖雙層隧道下穿城市主干道設(shè)計[J].地下空間與工程學(xué)報，2021，17（3）：825-833.

[2] 張震，鐘放平，陽軍生.大跨度隧道下穿高壓輸電鐵塔施工技術(shù)研究[J].公路工程，2013，38（4）：153-156.

[3] 謝曉鋒，吳從師，鄧小釗，等.立交下穿隧道爆破振動對既有隧道影響研究[J].中外公路，2013，33（6）208-212.

[4] 劉新榮，王吉明，郭子紅，等.新建立交隧道施工對既有隧道影響的模型試驗(yàn)[J].重慶大學(xué)學(xué)報，2012，35（12）：84-92.

[作者簡介]曹吉（1991—），男，浙江杭州人，碩士研究生，工程師，研究方向：隧道設(shè)計。