材料为各向同性均质连续介质。
（2）计算中忽略构造应力，将初始应力场假定为自重应力场，同时将土体视为弹塑性连续体，施工中产生的变形连续。
（3）3号线与鹰厦铁路相交处，模型选取的宽度范围内忽略3号线纵断面4‰的坡度，平均埋深取3号线与鹰厦铁路纵向轴线交点处的埋深值。
3.3 计算荷载
（1）3号线施工期间，考虑土层、路基及隧道结构的自重荷载。
（2）地面超载按20 kPa考虑。
3.4 施工过程模拟
模型模拟的施工阶段为先开挖右线，后开挖左线。对一个隧道施工步序而言，先开挖矿山隧道内部的土体，然后喷初支，最后施工二次衬砌。隧道施工过程中土层应力释放通过控制应力释放因子来考虑。
3.5 计算结果分析
3.5.1 X 向位移
右线及左线施工完成时，土体X向水平位移云图如图3所示，可以看出如下特征。
（1）3号线施工对地层产生扰动，土体产生水平方向的位移，并由地表向开挖隧道拱腰位置沿某“滑裂面”移动。
（2）左、右线隧道施工完成后，隧道周边土体水平位移表现为向两隧道间移动，且具有对称性;由于隧道埋深较大，水土侧压力较大，两隧道间净距较小，周边土体向两隧道间挤压，反映在隧道变形上主要是隧道拱腰水平收敛。
（3）右线施工结束后地表X向位移约为6.2 mm，左线施工结束后地表X向位移增大至8.0 mm左右。
3.5.2 Y 向位移
右线及左线施工完成时，土体Y向水平位移云图如图4所示，可以看出如下特征。
（1）因隧道掌子面开挖造成土体应力释放，造成掌子面产生沿Y反方向水平位移，传递到地面，造成铁路路基沿Y方向的位移，此位移较小，且为双线施工叠加影响造成。
（2）右线施工结束后地表最大Y向位移约3 mm，左线施工结束后最大Y向位移约5.22 mm。
3.5.3 Z 向位移
右线及左线施工完成时，土体竖向位移（Z向）云图如图5所示，可以看出如下特征。
（1）采用矿山法施工过程中会引起一定的地层损失，从而导致土体产生竖向位移（Z向）。地层损失使得隧道顶部土体发生沉降，而底部土体由于隧道开挖卸荷产生隆起。
（2）右线施工结束后地表最大沉降值约为7.5 mm，随着施工的深入，左线施工结束后地表最大沉降增大至9.6 mm。
（3）两隧道地表最终沉降成W形，W形沉降2个最大沉降点分别出现在两隧道正上方，左线隧道正上方为9.6 mm，右线隧道正上方为9.1 mm。
（4）左、右线隧道施工完毕后地表最大沉降9.6 mm，满足10 mm的沉降控制标准要求。
4 施工控制及保护措施
模拟计算结果表明，3号线隧道下穿期间引起的地表最大沉降为9.6 mm，这意味着既有铁路路基沉降可能超过10 mm的铁路沉降控制标准要求。为确保鹰厦铁路在3号线隧道下穿期间安全运营，结合矿山法隧道施工过程中的可能风险因素，建议3号线隧道下穿施工期间采取如下控制措施。
（1）必要时采取适当的动态地面跟踪补偿注浆加固+洞内二次注浆加固措施，同时对轨道进行扣轨加固。
（2）加强初支结构刚度控制地表沉降，施工中严格执行“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”的施工原则，在施工工序上坚持“开挖一段，支护一段，封闭一段”的基本工艺。初支完成后，及时进行初支背后注浆，初支变形稳定后本段先行施作二次衬砌。
（3）下穿施工前针对此地层及开挖方法汇集各方做爆破试验，确定最优的爆破方案，把钻爆施工对环境的影响限制在最小程度，爆破引起的地表振动应达到GB 10070-1988《城市区域环境振动标准》的要求，必要时采取静态爆破开挖。
（4）为保证鹰厦铁路运营安全，建议在施工期间对货车限速50 km/h，客车限速60 km/h。
（5）下穿期间至施工结束后最少3个月内进行同步跟进实时监测，并加强线路的养护维修。
（6）地铁建设制定设计施工方案前应与铁路养护及运营管理部门加强沟通，相互协作，地铁设计施工方案应征得铁路管理部门批准。
5 结束语
本文三维有限元模拟分析表明，矿山法隧道施工会导致地层发生一定的沉降变形，会对既有铁路的安全运行产生一定的影响。因此，施工过程中需要对地表沉降、地表水平位移、轨道间不均匀沉降实施监控测量，指导施工朝着安全高效的方向进行;必要时，对铁路轨道采取扣轨加固、铁路限速、地层预加固等措施，以确保矿山法隧道下穿施工期间既有铁路的运营安全。
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收稿日期 2019-01-14
责任编辑 朱开明
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