運(yùn)營(yíng)公路隧道受上部鐵路隧道開(kāi)挖的影響

徐 強(qiáng)

(杭州市城市建設(shè)發(fā)展有限公司，浙江 杭州 310021)

運(yùn)營(yíng)公路隧道受上部鐵路隧道開(kāi)挖的影響

徐 強(qiáng)

(杭州市城市建設(shè)發(fā)展有限公司，浙江 杭州 310021)

結(jié)合福廈鐵路上穿既有大坪山公路隧道的工程實(shí)例，對(duì)既有隧道上方存在塌方的情況進(jìn)行了分析，通過(guò)研究計(jì)算結(jié)果，獲得了鐵路隧道建設(shè)對(duì)既有公路隧道的影響規(guī)律，以指導(dǎo)工程施工。

隧道，塌方，鐵路，計(jì)算

隨著我國(guó)鐵路、公路及市政建設(shè)事業(yè)的高速發(fā)展，越來(lái)越多的隧道工程投入建設(shè)和運(yùn)營(yíng)。受地形和地質(zhì)等因素的限制，同一場(chǎng)地區(qū)域內(nèi)兩條隧道在不同高度位置相互穿越的情況逐漸增多[1，2]。

新建隧道對(duì)既有隧道的影響取決于多方面的因素[3]，如：1)隧道凈距；2)隧道的相對(duì)位置關(guān)系；3)新建隧道的尺寸；4)新建隧道的施工方法；5)既有隧道的襯砌和結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量等。目前的研究多針對(duì)因素1)～4)進(jìn)行開(kāi)展，但充分了解既有隧道的結(jié)構(gòu)情況對(duì)施工安全以及既有隧道的安全評(píng)估有著非常重要的作用。

為此，本文結(jié)合福廈鐵路上穿既有大坪山公路隧道的工程實(shí)例，對(duì)既有隧道上方存在塌方的情況進(jìn)行了分析，以期對(duì)同類工程有一定的借鑒和參考作用。

1 工程概況

福廈鐵路泉州段全長(zhǎng)近50 km，右側(cè)，在穿過(guò)大坪山隧道后，繞過(guò)泉州農(nóng)校，于324國(guó)道和高速公路之間跨越晉江，經(jīng)池店后在瑤瓊設(shè)晉江站。本次的研究針對(duì)上部穿越大坪山隧道展開(kāi)。福廈線鐵路和既有大坪山公路隧道空間交叉，大坪山公路隧道為雙洞單向交通。由于新建鐵路隧道上穿既有公路隧道，在空間上形成隧道交叉，見(jiàn)圖1。在交叉點(diǎn)新建鐵路隧道的底板距離下方的既有公路隧道拱頂?shù)淖钚￠g距約為9 m，而既有公路隧道拱部有較大的塌方，因此，新的鐵路隧道的修建可能對(duì)既有隧道產(chǎn)生影響[4，5]，見(jiàn)圖2。

2 計(jì)算結(jié)果及分析

2.1 計(jì)算參數(shù)

本次計(jì)算采用的圍巖及混凝土力學(xué)參數(shù)按勘測(cè)資料和相關(guān)規(guī)范選取，見(jiàn)表1。

表1 計(jì)算參數(shù)表

2.2 三維有限元計(jì)算模型

本次計(jì)算采用三維實(shí)體模型，建模范圍為：沿大坪山公路隧道方向模型長(zhǎng)為80 m，沿大坪山鐵路隧道方向模型長(zhǎng)為40 m，三維有限元計(jì)算模型如圖3所示，本次采用單元數(shù)近20萬(wàn)個(gè)，計(jì)算采用彈塑性分析，D-P準(zhǔn)則。

本次計(jì)算共選取了位于交叉點(diǎn)處既有隧道內(nèi)力以及分別距離交叉點(diǎn)處4 m，8 m，14 m，18 m和20 m共6種工況進(jìn)行分析。

2.3 結(jié)果分析

為了分析大坪山鐵路隧道施工對(duì)既有公路隧道的影響，在新建與既有隧道交叉位置以及沿既有隧道方向距離交叉點(diǎn)處以外兩倍洞跨范圍內(nèi)分別選取了6個(gè)斷面進(jìn)行分析。通過(guò)分析各個(gè)斷面內(nèi)力及安全系數(shù)在施工前后的變化情況來(lái)確定大坪山鐵路隧道的施工對(duì)既有公路隧道的影響范圍和最不利斷面位置。

交叉點(diǎn)處，大坪山鐵路隧道線路中心位置對(duì)應(yīng)的下方既有公路隧道橫斷面二次襯砌內(nèi)力及安全系數(shù)比較如圖4所示。

由圖4可以看出，該斷面處二次襯砌的內(nèi)力在大坪山鐵路隧道施工后均有所減小，安全系數(shù)均有所增大。由此可見(jiàn)大坪山鐵路隧道施工后，對(duì)該斷面處既有公路隧道的安全不構(gòu)成影響。

同理，可以獲得距離交叉點(diǎn)4 m處二次襯砌的內(nèi)力在鐵路隧道施工后均有所減小，安全系數(shù)均有所增大。

8 m處二次襯砌的內(nèi)力在大坪山鐵路隧道施工后拱部有所增大，拱部安全系數(shù)有所減小，即施工前最小為4.2，施工后最小為2.9。

14 m處二次襯砌的內(nèi)力在大坪山鐵路隧道施工后內(nèi)力有所增大，安全系數(shù)有所減小，即施工前最小為2.6，施工后最小為2.4。

18 m和20 m處既有結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和安全系數(shù)也有類似的變化規(guī)律，但施工后的安全系數(shù)均為2.7。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上分析可以看出：

1)在同樣隧道施工、僅考慮靜力的情況下，既有隧道結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和安全系數(shù)受到空間交叉點(diǎn)位置的影響，在交叉點(diǎn)的正下方，新建隧道施工以后，既有隧道二次襯砌內(nèi)力減小，安全系數(shù)有所增加，這主要與上部土體的卸荷有關(guān)。

2)距離交叉點(diǎn)1D，2D左右既有隧道的結(jié)構(gòu)受力規(guī)律相似，即既有隧道二次襯砌內(nèi)力有所增加，安全系數(shù)有所減小，但仍能保證二次襯砌安全系數(shù)在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

3)本方案沒(méi)有考慮爆破震動(dòng)和列車振動(dòng)荷載等動(dòng)荷載可能對(duì)既有隧道產(chǎn)生的影響，因此，非常有必要開(kāi)展進(jìn)一步的動(dòng)力學(xué)分析[1]。

[1] 潘曉馬.鄰近隧道施工對(duì)既有隧道的影響[D].成都：西南交通大學(xué)，2002.

[2] 王曉梅，石文慧，程 瑤.新建隧道施工對(duì)鄰近既有隧道的影響及對(duì)策[J].鐵道建筑，2010(7):80-83.

[3] 黃大勇.近距離隧道施工相互影響的ANSYS模擬[D].貴州：貴州大學(xué)，2006.

[4] 秦 峰，吳存興.小凈距隧道開(kāi)挖方法淺論[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2003(6):39-42.

[5] 朱 宇.改進(jìn)新建隧道對(duì)既有隧道振動(dòng)影響的爆破技術(shù)[J].鐵道建筑，2009(10):46-48.

Impact of upper railway tunnel excavation upon the in-operation highway tunnel

XU Qiang

(HangzhouCityConstructionDevelopmentCo.,Ltd,Hangzhou310021,China)

Combining with the engineering example of Fu-Xia railway up-crossing existing Dapingshan highway tunnel, the paper analyzes the upper tunnel collapse conditions. Through studying the calculation results, it obtains the influential law of railway tunnel construction upon existing highway tunnel, with a view to guide the engineering construction.

tunnel, collapse, railway, calculation

1009-6825(2014)11-0181-03

2014-02-07

徐 強(qiáng)(1980- )，男，工程師

U455

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