地表面交通荷載對(duì)淺埋隧道施工影響的研究

山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院 陳汝先 劉天亮

地表面交通荷載對(duì)淺埋隧道施工影響的研究

山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院 陳汝先 劉天亮

結(jié)合某實(shí)際工程,通過三維動(dòng)力分析,研究隧道施工中拱頂與地表面的豎向位移和力學(xué)特性、支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力和安全可靠性,為交通荷載作用下淺埋隧道施工中的力學(xué)性狀問題的進(jìn)一步研究提供一定的理論依據(jù)和參考作用。

淺埋隧道交通荷載影響

隨著城市化進(jìn)程的加快,城市人口和車輛的增長,很多城市道路越拓越寬,但是仍然滿足不了需要。城市中新建地下人行通道、地下行車通道已經(jīng)成為解決城市交通擁擠的一種重要手段,其保證了城市交通的暢通和行人的安全,同時(shí)也美化了市容。但是目前對(duì)于城市地下通道施工中路面汽車荷載對(duì)施工影響方面的研究甚少,本論文以廈門市湖光路下穿嘉禾路連接明發(fā)商業(yè)廣場(chǎng)地下行車通道淺埋暗挖段工程為依托,特對(duì)此進(jìn)行了研究。

一、工程概況

該工程為廈門市湖光路下穿嘉禾路連接明發(fā)商業(yè)廣場(chǎng)的地下行車通道,該通道暗挖段長42米,通道凈寬6.6米,橫穿嘉禾路八車道公路,通道頂板距路面3米左右,屬于淺埋隧道類型。開挖方式全斷面機(jī)械開挖,支護(hù)方式:長管棚、鎖腳錨管加復(fù)合式襯砌。開挖進(jìn)尺為2米。通道所處地質(zhì)分布及其特征:經(jīng)鉆探揭露,擬建場(chǎng)地內(nèi)巖土層自上而下為雜填土、粉質(zhì)粘土、殘積粘土、全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。

二、交通荷載模型

本文只考慮穩(wěn)態(tài)簡諧荷載,以城市A、B級(jí)公路橋梁荷載布置圖為以依據(jù),考慮了將荷載簡化為兩軸軸距為3.6米,輪距1.8米,輪重分別為30、50、70KN,車速分別為20、40Km/h的理想車輛荷載。車速為20Kkm/ h、40Kkm/h,穩(wěn)態(tài)簡諧荷載時(shí)程曲線見圖1、圖2。

圖1 車速為20km/h穩(wěn)態(tài)簡諧荷載時(shí)程曲線

圖2 車速為40km/h穩(wěn)態(tài)簡諧荷載時(shí)程曲線

三、三維簡諧荷載分析

1.主車道下通道開挖第一進(jìn)尺結(jié)果

(1)通道頂板最高處節(jié)點(diǎn)豎向位移響應(yīng)分析

圖3 20km/h通道頂板最高處節(jié)點(diǎn)豎向位移時(shí)程

圖4 40km/h通道頂板最高處節(jié)點(diǎn)豎向位移時(shí)程

(2)地面節(jié)點(diǎn)豎向位移響應(yīng)分析

圖5 20km/h地面處節(jié)點(diǎn)豎向位移時(shí)程

圖6 40km/h地面處節(jié)點(diǎn)豎向位移時(shí)程

(3)通道頂板最高處節(jié)點(diǎn)主應(yīng)力響應(yīng)分析

圖7 20km/h通道頂板節(jié)點(diǎn)主應(yīng)力時(shí)程曲線

圖8 40km/h通道頂板主應(yīng)力時(shí)程曲線

從以上結(jié)果可以看出,在主車道下通道開挖第一進(jìn)尺主車道在簡諧荷載作用下,同一車速不同重量的車通過時(shí)對(duì)通道開挖的影響是不同的,車愈重通道開挖時(shí)應(yīng)力、位移愈大;不同車速同重量的車通過時(shí)對(duì)通道開挖的影響是也不同的,車愈快通道開挖時(shí)應(yīng)力、位移愈大。

2.主車道下通道開挖第二進(jìn)尺結(jié)果

(1)通道頂板最高處節(jié)點(diǎn)豎向位移響應(yīng)分析

圖9 20km/h通道頂板最高處節(jié)點(diǎn)豎向位移時(shí)程

圖10 40km/h通道頂板最高處節(jié)點(diǎn)豎向位移時(shí)程

(2)地面節(jié)點(diǎn)豎向位移響應(yīng)分析

圖11 20km/h第二進(jìn)尺地面處節(jié)點(diǎn)豎向位移時(shí)程

圖12 40km/h第二進(jìn)尺地面處節(jié)點(diǎn)豎向位移時(shí)程

(3)通道頂板最高處節(jié)點(diǎn)主應(yīng)力響應(yīng)分析

圖13 20km/h通道頂板節(jié)點(diǎn)主應(yīng)力時(shí)程曲線

圖14 40km/h通道頂板主應(yīng)力時(shí)程曲線

從以上結(jié)果可以看出,在主車道下通道開挖第二進(jìn)尺主車道在簡諧荷載作用下,同一車速不同重量的車通過時(shí)對(duì)通道開挖的影響是不同的,車愈重通道開挖時(shí)應(yīng)力、位移愈大;不同車速同重量的車通過時(shí)對(duì)通道開挖的影響也是不同的,車愈快通道開挖時(shí)應(yīng)力、位移愈大。

四、結(jié)論

(1)同一車速不同車重情況:重車通過時(shí)對(duì)通道的開挖影響較大,通道頂板節(jié)點(diǎn)和路面節(jié)點(diǎn)的位移、應(yīng)力值明顯大于輕車的。

(2)同一車重不同車速情況:快車通過時(shí)對(duì)通道的開挖影響較大,通道頂板節(jié)點(diǎn)和路面節(jié)點(diǎn)的位移、應(yīng)力值都明顯大于慢車的。

(3)同一車重、同車速、不同進(jìn)尺情況:開挖第二進(jìn)尺時(shí),通道頂板節(jié)點(diǎn)和路面節(jié)點(diǎn)的位移、應(yīng)力值都明顯大于第一進(jìn)尺的。

(4)通過對(duì)該工程進(jìn)行三維的動(dòng)力分析,驗(yàn)證了原設(shè)計(jì)單位提供的設(shè)計(jì)與施工方案的可行性.

五、建議

在施工過程中,車輛通過的速度加以限制,控制在40km/h之內(nèi);在施工過程中,對(duì)通過車輛進(jìn)行限載,車輛輪重控制在100kN之內(nèi);在開挖主車道下的通道時(shí),開挖后要及時(shí)施作初次支護(hù),及時(shí)封閉開挖面;同時(shí),盡可能限制主車道下通道開挖時(shí)路面車輛的車速、車重和車流量;建議在施工過程中通道上部路面鋪設(shè)鋼板同時(shí)限制車速,鋼板鋪設(shè)范圍沿通道軸線向兩邊各10米左右。

[1]公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ026-90)[M].人民交通出版社,1990

[2]城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)(CJJ77-98)[M].人民交通出版社,1990

[3]孫鈞.地下工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1996