重載交通作用下隧道施工過程分析

黑龍江 王國博 孟維軍

引言

隨著我國交通基礎設施建設，各種結構物交叉的現象越來越多。在保證既有結構物正常運營的情況下，安全施工是此類工程施工的難題。目前對隧道結構下穿各類建筑物施工的研究較多，并取得了很多研究成果。由于隧道與下穿結構物的位置關系、所處地質條件、隧道施工方法的不同，對交通重載作用下隧道施工的研究還相對較少。本文采用數值分析的方式研究了高速路隧道施工過程進行了分析。

某高速鐵路隧道設計為單洞雙線隧道，時速為350km。進口里程DK913+650，出口里程DK913+852，隧道全長202m，均為V級圍巖。在DK913+705處揚子公路垂直跨過隧道洞頂，隧道拱頂距離揚子公路路面5.0米，采用CD法施工。隧道橫斷面及支護參數詳見圖1。

圖1 隧道支護結構斷面圖

1 數值模擬分析

1.1 交通荷載的簡化

隧道頂部的楊子公路雖然只是三級公路，但是地處長沙市城鄉(xiāng)交界處，且附近倉庫很多，重型車輛頻繁，根據《公路橋梁設計通用規(guī)范》，路面交通荷載按20KN/m考慮。

1.2 計算模型的建立

采用ADINA有限元計算軟件，根據地下結構的計算原理，隧道開挖影響范圍為洞徑的3～5倍，并根據隧道圍巖地質條件，隧道橫斷面方向取90m，深度為38m。模型的左右邊界上施加水平方向的約束，下部邊界上施加豎直方向的約束，上部為自由邊界條件。

在計算中圍巖、路面基層和墊層計算力學模型選用Mohr-Coulomb彈塑性模型，路面、初期支護、臨時支護和錨桿選用彈性模型。

計算參數的選取見表1。

表1 圍巖及支護的物理力學參數

1.3 計算結果分析

1.3.1 應力分析

隧道初期支護各施工開挖部的應力見圖2。

圖2 隧道初期支護各開挖部應力圖

從圖2可知，各開挖部的最大應力為12.9MPa,小于C30噴射混凝土極限抗壓應力16.5MPa，所以初期支護結構滿足安全要求。

1.3.2 塑性區(qū)分析

隧道施工開挖過程中的塑性區(qū)分布見圖3～5。

圖3 隧道第2部開挖塑性區(qū)分布圖

圖4 隧道第4部開挖塑性區(qū)分布圖

圖5 隧道第5部開挖塑性區(qū)分布圖

由圖3～5分析可知，在隧道每開挖部圍巖塑形區(qū)主要集中在兩側邊墻和底部，隧道頂部范圍內基本上沒有出現塑性區(qū)，這與頂部大管棚預支護、小導管預支護有關。根據塑性區(qū)計算結果，在每開挖部均應設置鎖腳錨桿，并根據現場施工情況，可以考慮在中隔墻上增設臨時注漿錨桿。

2 結論

通過數值模擬計算分析得出的隧道周圍地層塑性區(qū)分布和應力狀態(tài)，能夠為地層加固措施及輔助施工方案的選擇提供必要的理論依據。從計算結果可知，按照設計方案施工，地層穩(wěn)定、支護結構安全。

[1]朱正國,賈曉云，等.暗渠下穿高速公路施工過程的數值模擬及工程應用[J].巖土力學，2009.6.

[2]樓曉明,鄭俊杰，等.隧道施工引起的地表變形數值模擬[J].鐵道工程學報，2007.9.