新建隧道下穿运营公路引起的路面沉降控制基准

郑 俊(1987—)，男，博士，副教授，硕士生导师；

吕 庆(1978—)，男，教授，博士生导师

近年来，随着中国基础设施大规模建设，铁路、公路等级大幅提高，路网密度逐步增大，出现了大量新建隧道下穿既有运营公路的情况[1]. 新建隧道下穿既有公路的施工不可避免地会对地层产生扰动，从而引起不同程度的路面沉降[2]，劣化了路面的平整度. 而路面平整度是直接影响行车安全性和舒适性的关键因素，不良的路面平整度会影响行车安全，降低行车舒适性，增大行车噪音污染，加速路面结构层破坏等[3]. 因此，开展新建隧道下穿运营公路引起的路面沉降控制基准研究，科学、合理地选择路面沉降控制基准，具有重要的社会经济价值.

类似于文献[4]总结的各国对路基沉降控制标准研究经历的3个阶段，本文认为新建隧道下穿运营公路引起的路面沉降控制基准的研究大致也可以分为3类. 第1类以允许最大沉降值为指标的控制标准，一般采用北京、深圳地铁等的经验值30 mm作为其控制基准值[5-6]. 该方法简单、容易实施，但是其忽略了不同隧道自身特性(岩土体工程地质特性，隧道形状、尺寸、施工方法等)、公路自身特性(行车速度和既有平整度等)及它们的位置关系(隧道埋深和它们相交角度等)的差异性，具有较大的盲目性. 第2类以允许纵向坡差或平整度为指标的沉降控制标准，如朱正国等[2]在考虑路基高度、隧道尺寸、埋深、地质和施工方法影响条件下，通过FLAC数值计算软件对单双线铁路隧道下穿公路进行数值模拟，分析路面沉降规律，得到了沉降槽宽度系数和最大沉降量的预测模型，结合平整度要求及沉降槽宽度系数预测模型制定了铁路隧道下穿公路引起的路面沉降控制基准. 文献[7]基于数值模拟结果利用Peck公式[8]拟合出沉降曲线，通过沉降曲线的最大斜率小于公路纵向坡差而确定路面沉降控制基准. 该类方法的优点是考虑了隧道自身特点，但忽略了公路自身特性和隧道与公路的相交角度. 第3类以人体进行振动舒适性为指标的控制标准，以车辆-路面耦合系统动力响应分析为基础，提出的沉降控制标准考虑了行车速度等因素，该标准合理性相对较高[9]，文献[1]在该方向进行了一些很好的初探性的研究工作，以路面平整度和路面行驶的舒适性为依据，把路面纵向沉降断面假定为二次抛物线形，得出了在隧道与路面正交下穿的情况下隧道开挖对路面纵向影响范围内的最大沉降值，继而制定相应的路面沉降控制基准. 文献[1]提出的路面沉降控制基准的优点是同时考虑了行车速度和沉降曲线，缺点是忽略了既有公路的平整度和隧道自身特性直接假定沉降曲线为二次抛物线，且仅考虑了隧道与公路垂直相交的情况.

沉降控制标准的制定逐渐由安全性控制标准向舒适性控制标准发展[4](注意舒适性控制标准高于安全性控制标准). 本文的目的是以舒适性控制标准为出发点，同时考虑既有公路的不平整度和隧道建设引起的路面沉降槽形态特征，提出一种新建隧道下穿运营公路引起的路面沉降控制基准的确定方法. 该方法确定的沉降控制基准有如下优点：1)体现了“以人为本”的原则，沉降控制基准最终落实到行车的舒适性上；2)通过路面沉降槽形态特征反映了岩土体工程地质特性和隧道形状、尺寸、埋深等特性；3)考虑了行车速度和既有公路的不平整度；4)考虑了隧道与公路相交角度的影响.

1 行车舒适性指标的选择

在影响舒适性的诸多因素中，人体感受到的振动对行车舒适性影响大，而路面平整度是引起车辆振动的主要原因[10]. 良好的路面平整度能保证车辆经济、舒适、安全地通行；不良的路面平整度会增大行车阻力，并使车辆产生附加振动作用，由此产生的振动加速度会造成行车颠簸，影响驾乘人员的舒适性和健康[10].

车辆在路面上行驶过程中，人体感受到的振动分为前后、左右、上下3个方向[11]，不同方向的振动加速度产生的原因不同[10]. 研究发现，前后方向振动加速度产生原因主要为行驶过程中的速度变化，左右方向振动加速度产生原因主要为车辆自身的振动特性，上下方向振动加速度产生密切的原因为路面平整度；同时上下方向(竖直方向)振动加速度远大于其他两个方向[10-12]，因此，本文选择竖直方向振动加速度作为行车舒适性指标.

2 竖直方向振动加速度的评价方法

在正常行驶(非变道)情况下，车辆一般都是沿公路纵轴线方向运动的，故车辆的竖直方向振动加速度主要是由路面纵断面上的不平整引起的. 因此，本文在评价车辆竖直方向振动加速度时仅考虑路面纵断面上的平整度.

文章来源：《创新创业理论研究与实践》 网址: http://www.cxcyllyjysj.cn/qikandaodu/2020/1228/668.html