鐵路路基上跨在建公路隧道的安全論證

何 達(dá)

(中國(guó)中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610031)

鐵路路基上跨在建公路隧道的安全論證

何 達(dá)

(中國(guó)中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610031)

渝黔鐵路童家溪——重慶西客車聯(lián)絡(luò)線上跨在建公路雙碑左、右線隧道，其路基與隧道頂部?jī)艟嗉s為16 m，根據(jù)公路產(chǎn)權(quán)方要求，上跨段應(yīng)進(jìn)行分析論證，以確保公路隧道的安全。文章針對(duì)新建路基對(duì)隧道的影響進(jìn)行了計(jì)算和分析，其計(jì)算方法和結(jié)果分析對(duì)類似條件下，城市小凈距構(gòu)筑物之間受力情況的評(píng)估具有相當(dāng)?shù)慕梃b意義。

上跨; 淺埋隧道; 鐵路路基; 小凈距

1 工程概述

渝黔鐵路童家溪——重慶西客車聯(lián)絡(luò)線與既有公路雙碑隧道平面位置關(guān)系如圖1所示。新建渝黔鐵路于LtDK11+215(左線)及LtD1K11+245里程上跨既有雙碑隧道左右線，公路的對(duì)應(yīng)里程為Kz6+390(左線)、K6+390(右線)。

圖1 渝黔鐵路與既有隧道平面位置

目前雙碑公路隧道已經(jīng)完成主體施工，尚未交付通車。該隧道為大學(xué)城向東穿越歌樂山至雙碑的主要公路干線的控制工程，建成后交通流量大，維修和養(yǎng)護(hù)特別困難，加固和整修幾乎不可能，公路產(chǎn)權(quán)方要求鐵路路基的修建不得對(duì)公路隧道造成不利影響。由于鐵路路基上跨雙碑左右線隧道的情況相似，凈距也基本相同，因此本文選擇左線隧道進(jìn)行重點(diǎn)分析和論證。左線隧道與鐵路路基關(guān)系見圖2。

圖2 渝黔鐵路與左線隧道關(guān)系剖面

2 渝黔線路基上跨雙碑左線隧道的襯砌結(jié)構(gòu)安全影響分析

對(duì)于淺埋隧道，二次襯砌是主要承載結(jié)構(gòu)，因此在分析渝黔線路基段對(duì)下部既有雙碑隧道影響時(shí)均以二次襯砌為對(duì)象而展開。初期支護(hù)僅作為安全儲(chǔ)備，不予考慮。上跨既有雙碑隧道段為挖方路基，本文針對(duì)挖方前后隧道結(jié)構(gòu)受力進(jìn)行分析，分析上部路基開挖對(duì)下部隧道結(jié)構(gòu)受力的影響。選用有限元程序?qū)﹁F路路基開挖的前后階段進(jìn)行了模擬，通過對(duì)比和分析來判斷鐵路路基的修建對(duì)公路隧道的影響。

2.1 數(shù)值計(jì)算模型

本文以局部變形理論為基礎(chǔ)，采用荷載-結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行計(jì)算，具體計(jì)算如下：

(1)構(gòu)件截面強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算，破損階段法；

(2)構(gòu)件裂縫寬度驗(yàn)算，正常使用極限狀態(tài)法。

圖3 荷載-結(jié)構(gòu)模式(上部鐵路路基施工前)

圖4 荷載-結(jié)構(gòu)模式(上部鐵路路基施工后)

破損階段強(qiáng)度檢算：考慮永久荷載及活載。其中永久荷載包括結(jié)構(gòu)自重、圍巖主動(dòng)土壓力，活載考慮列車及軌道荷載。圍巖主動(dòng)土壓力按《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10003-2005，J449-2005)附錄C計(jì)算；列車及軌道荷載按照《鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB1001-2005)附錄A計(jì)算，彈性反力按《雙碑隧道工程地質(zhì)勘察報(bào)告》(重慶市勘測(cè)院)選取。其中，基底圍巖抗力系數(shù)考慮提高效應(yīng)，提高系數(shù)按1.25考慮。正常使用極限狀態(tài)裂縫寬度檢算：考慮永久荷載及活載(圖3、圖4、表1～表4)。

2.2 雙碑左線隧道在鐵路路基施工前的受力分析

首先在上部路基施工前，對(duì)雙碑左線隧道受力情況進(jìn)行計(jì)算分析，即公路雙碑隧道修建時(shí)，自身的受力情況分析，以

表1 破損階段法計(jì)算建筑材料力學(xué)指標(biāo)

表2 極限概率狀態(tài)法計(jì)算建筑材料力學(xué)指標(biāo)

表3 圍巖計(jì)算參數(shù)

表4 圍巖彈性抗力系數(shù)

便用來與鐵路路基修建后隧道的受力情況進(jìn)行對(duì)比，找出其中變化的規(guī)律，判斷公路隧道是否能夠滿足安全需要。

渝黔鐵路路基施工前，雙碑隧道自身開挖和襯砌產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)變形及內(nèi)力圖如圖5～圖8所示，襯砌受力關(guān)鍵點(diǎn)分析如表5所示。

圖5 路基開挖前隧道位移

圖6 路基開挖前隧道彎矩(單位：N·m)

圖7 路基開挖前隧道軸力(單位：N)

圖8 路基開挖前隧道剪力(單位：N)

表5 鐵路路基開挖前襯砌結(jié)構(gòu)受力關(guān)鍵點(diǎn)

2.3 雙碑左線隧道在鐵路路基施工后的受力分析

渝黔鐵路路基施工后計(jì)算雙碑隧道結(jié)構(gòu)變形及內(nèi)力如圖9～圖12所示，襯砌受力關(guān)鍵點(diǎn)分析如表6所示。

圖9 路基開挖后隧道位移(單位：m)

圖10 路基開挖后隧道彎矩(單位：N·m)

圖11 路基開挖后隧道軸力(單位：N)

圖12 路基開挖后隧道剪力(單位：N)

根據(jù)以上分析可知，上部渝黔路基段施工前后，由于路基為挖方路基，上部荷載有所減小，二次襯砌彎矩最大值減小約8%～24%，軸力最大值減小約10%～20%，剪力最大值減小約10%～19%。由于施工期間可能存在其它未知因素，為確保施工安全，既有隧道上方新建鐵路施工后，隧道埋深減小，路基施工中盡量采用對(duì)隧道影響較小的施工方法。同時(shí)交叉上跨段路基施工前應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，并在既有隧道內(nèi)相應(yīng)斷面上設(shè)必要的觀測(cè)點(diǎn)，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)新建路基上跨施工可能對(duì)既有隧道產(chǎn)生的影響。

表6 路基開挖后襯砌結(jié)構(gòu)受力關(guān)鍵點(diǎn)

表7 雙碑左線隧道上部路基施工前后襯砌受力對(duì)比分析

3 結(jié)論

(1)渝黔路基段施工前后，既有隧道均處于淺埋狀態(tài)，且路基為挖方段，使得既有結(jié)構(gòu)上部荷載減小，既有隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)力較初始狀態(tài)有所減小。

(2)計(jì)算結(jié)果表明，上部渝黔路基段施工前后，二次襯砌彎矩最大值減小約8%～24%，軸力最大值減小約10%～20%，剪力最大值減小約10%～19%。上跨后既有隧道結(jié)構(gòu)仍處于安全狀態(tài)。

經(jīng)過對(duì)路基修建前后隧道受力情況的對(duì)比分析，明確了路基修建對(duì)隧道基本沒有不利影響，因此在公路隧道業(yè)主方組織的專家評(píng)審中，本文的計(jì)算方法和結(jié)論得到肯定，同時(shí)計(jì)算結(jié)果也為以后類似情況的施工設(shè)計(jì)工作提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。

何達(dá)，男，本科，工程師。

U455.49

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[定稿日期]2014-10-13