施工便道上跨既有隧道方案可行性研究

金 星 曹成威 李 建 管 鋒 紀(jì)松巖 石鈺鋒

（1.中鐵十六局集團(tuán)有限公司 北京 100018；2.華東交通大學(xué)江西省巖土工程基礎(chǔ)設(shè)施安全與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 江西南昌 330013；3.江西省潤邦工程技術(shù)研究有限公司 江西南昌 330209；4.中國鐵路南昌局集團(tuán)有限公司 江西南昌 330002；5.中鐵建大橋工程局集團(tuán)第一工程有限公司 遼寧大連 116033）

1 引言

近年來，隨著我國公路、鐵路隧道建設(shè)的迅速發(fā)展，由于地形地貌等條件的限制，地面工程和地下工程交叉建設(shè)的情況越來越多，新建工程對既有建筑產(chǎn)生影響的情況不可避免［1］。特別在隧道洞口附近，因圍巖差、埋深淺特點(diǎn)，在隧道洞口上方修建道路時，將引起土層附加應(yīng)力增加致使襯砌局部受力發(fā)生變化，嚴(yán)重時可直接導(dǎo)致襯砌結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，從而影響行車安全，因此只有正確分析隧道變形與受力規(guī)律，才能為工程提供指導(dǎo)性建議，以確保工程順利進(jìn)行。

張建［2］運(yùn)用FLAC3D軟件進(jìn)行三維數(shù)值模擬，研究了新建上跨鐵路運(yùn)營期間列車靜載作用下隧道結(jié)構(gòu)的安全性及位移穩(wěn)定性；盧明熙［3］使用Midas數(shù)值計(jì)算軟件，計(jì)算在上部80 t汽車荷載作用下，隧道及施工便道的變形情況；路平［4］等通過三維有限元數(shù)值模型，模擬了上部建筑物在土中產(chǎn)生的應(yīng)力擴(kuò)散對既有隧道結(jié)構(gòu)和軌道變形產(chǎn)生的影響，并提出相應(yīng)的變形控制措施；李鏡培［5］等通過研究鄰近建筑荷載對地下給排水管的影響，得到了附加荷載在地下管道上的附加應(yīng)力分布情況；吳慶［6－7］通過室內(nèi)模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬方法，對堆卸載作用下對既有隧道結(jié)構(gòu)的變形特征進(jìn)行研究，總結(jié)出在不同埋深和堆卸載位置時既有隧道變形與受力規(guī)律；曹凈［8－9］等通過對隧道在地面非對稱填載作用下的土拱效應(yīng)進(jìn)行了分析，推導(dǎo)出地面非對稱填載作用下既有明挖隧道圍巖壓力計(jì)算公式。

在實(shí)際工程中，重載施工便道上跨既有隧道案例并不常見，風(fēng)險(xiǎn)可控性難以把握。本文依托某實(shí)際工程案例，施工便道初步擬定兩種上跨方案，分別為剛性板和剛性板＋擴(kuò)大條形基礎(chǔ)方案，通過建立三維有限元模型，比較兩種方案對下臥隧道襯砌結(jié)構(gòu)受力與變形影響，通過所得數(shù)據(jù)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算和安全性評價。

An on-chip bias circuit for the W-band SiGe HBT power amplifier is proposed in this work. This bias solution has the advantages of improving the output power of the power amplifier, temperature insensitivity, and smooth controllability.

2 工程概況及便道設(shè)計(jì)方案

2.1 工程背景

山腰處存在兩條既有已運(yùn)營的兩車道公路隧道C、D，在公路隧道兩側(cè)新建兩條雙線鐵路隧道A、B，洞口處隧道結(jié)構(gòu)已施工完成。由于地形和地貌等條件限制，為新建鐵路隧道繼續(xù)開挖過程中出渣方便，現(xiàn)擬定在距洞口約10 m處建設(shè)一條寬度為6 m的施工便道，主要通行車輛為60 t大型渣土車。平面位置關(guān)系見圖1，圖2為縱剖面圖。

高血脂可誘發(fā)人體高血壓、心腦血管病、糖尿病、癌癥等疾病。仙草可通過增強(qiáng)細(xì)胞活力、調(diào)節(jié)脂肪代謝、阻止脂質(zhì)在血管壁沉積、增加冠脈血流量、降低心肌壁張力和腦血管外阻力而達(dá)到降低高血脂誘發(fā)的高血壓、心腦血管等疾病。仙草中的熊果酸具有降血脂作用。目前開發(fā)的仙草降脂茶可顯著降低家兔血清膽固醇(TC)和三酰甘油(TG)含量，能有效預(yù)防和康復(fù)治療高血脂、心腦血管等疾病[52,53]。

圖1 平面位置關(guān)系

圖2 縱剖面示意

考慮到隧道開挖為上下短臺階法施工，襯砌施作存在先后時間順序，為更好地分析隧道襯砌軸力變化，選取施工便道中心線與隧道襯砌的交線所在截面進(jìn)行分析。圖9為各工況下軸力云圖。

圖3、圖4分別為公路、鐵路隧道內(nèi)輪廓圖。

圖3 公路隧道內(nèi)輪廓（單位：cm）

圖4 鐵路隧道內(nèi)輪廓（單位：cm）

2.2 地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告，洞口處圍巖等級為Ⅴ類，隧道洞口埋深在4.8～8.0 m之間。地處典型丘陵地帶，主要可分為4個工程地質(zhì)層，從上向下依次為黏性砂土、強(qiáng)風(fēng)化石英砂巖、中風(fēng)化石英砂巖、微風(fēng)化石英砂巖。區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較好，未發(fā)現(xiàn)崩塌、滑坡及地面塌陷等不良地質(zhì)作用，適宜本工程的建設(shè)。

2.3 施工便道設(shè)計(jì)方案

由于施工便道上穿既有隧道，且靠近隧道口處，為減小重型渣土車對隧道結(jié)構(gòu)的影響，擬定兩種施工便道設(shè)計(jì)方案。

由此可知，工況二、工況三條件下，相比沒有施工便道的工況一，軸力值都有所增大，其中拱腰處軸力增長幅值較大，且工況三條件下軸力較小。

圖5 剛性混凝土板設(shè)計(jì)

（2）隧道拱腰水平位移

圖6 剛性混凝土板+擴(kuò)大條形基礎(chǔ)設(shè)計(jì)（單位：cm）

3 有限元模擬分析

3.1 模型構(gòu)建

通過巖土領(lǐng)域通用有限元軟件Midas GTS NX進(jìn)行三維建模，洞口按照最不利埋深8.0 m建模。

考慮到邊界效應(yīng)，模型向下取5倍洞徑深度，寬度方向取兩側(cè)新建隧道5倍洞徑外，縱向取隧道長度50 m范圍，確定模型尺寸為220 m×100 m×75 m。模型底部為固定約束，側(cè)面約束法向位移，上部表面為自由面，左右為對稱模型。圖7為有限元模型。

圖7 有限元計(jì)算模型

3.2 模擬工況與參數(shù)選取

計(jì)算按照三種工況進(jìn)行。第一種計(jì)算工況：模擬原有隧道開挖后，沒有施工便道情況，計(jì)算得到既有公路、鐵路隧道受力變形情況；第二種計(jì)算工況：在隧道洞口上方增加剛性混凝土板便道，且考慮后期汽車荷載作用；第三種計(jì)算工況：便道采用剛性混凝土板＋擴(kuò)大條形基礎(chǔ)情況，以此模擬隧道受力變形情況。

土體采用摩爾－庫倫本構(gòu)模型，單元類型為實(shí)體單元，初襯和二襯等效成整體，襯砌采用板單元模擬，錨桿采用植入式桁架單元進(jìn)行模擬，均為彈性本構(gòu)模型。隧道開挖為上下短臺階開挖方法，提前植入錨桿，每開挖一步，待隧道開挖應(yīng)力釋放30%后，后續(xù)階段模擬隧道施作襯砌后應(yīng)力釋放剩余的70%，在進(jìn)行上方便道施工時，路基路面和條形擴(kuò)大基礎(chǔ)采用彈性本構(gòu)模型，施工便道60 t重載車行駛荷載按照最不利荷載取值［10－11］。模型計(jì)算參數(shù)見表1。

表1 模型計(jì)算參數(shù)

3.3 計(jì)算結(jié)果分析

3.3.1 襯砌彎矩計(jì)算分析

由此可知，在既有隧道上方增設(shè)施工變道的兩種設(shè)計(jì)方案下，當(dāng)重載渣土車通過時，方案二和方案三彎矩值均有所增大，相比于工況二，工況三采用條形擴(kuò)大基礎(chǔ)時，彎矩增量更小。

通過計(jì)算三種工況，分別得到新建鐵路隧道和公路隧道在沒有便道，以及剛性板和增添擴(kuò)大條形基礎(chǔ)工況彎矩云圖，見圖8。

圖8 各工況彎矩云圖

由圖8可知：在三種工況下，彎矩較大值發(fā)生在拱腰、仰拱處，相比公路隧道，鐵路隧道拱腰及拱頂處彎矩較??；工況一條件下，既有襯砌彎矩值在－93.5～66.0 kN·m區(qū)間，工況二襯砌彎矩值在－118.5～83.8 kN·m區(qū)間，工況三襯砌彎矩值在－108.1～76.4 kN·m區(qū)間；工況二、工況三最大彎矩增量分別為26.7%和15.6%，拱腰處彎矩值增長較大。

大自然中的花草樹木、風(fēng)雨雷電都是很好的寫作素材。所謂“登山則情滿于山，觀海則意溢于?！保⒆觽円獛е约邯?dú)自的情感認(rèn)識周圍的世界，必須走進(jìn)大自然，用自己的眼睛去看世界，用自己的心去感受世界，用自己的語言表達(dá)世界。我們要開啟孩子的心靈，教他們體驗(yàn)自然，感受自然，用心抒發(fā)，用情表達(dá)。春天來了，帶學(xué)生觀察校園，欣賞春的生機(jī)勃勃；去秋游，領(lǐng)著孩子們?nèi)タ辞锞暗拿溃幌卵┝?，與其將學(xué)生關(guān)在教室里“身在曹營心在漢”，不如帶他們來到操場上，和雪來一個親密接觸，感受雪的氣息；菊花開了，讓學(xué)生去公園里看看菊展，認(rèn)識菊花千姿百態(tài)的美景……絢麗多彩的大自然，為學(xué)生的寫作打開了一扇充滿生機(jī)而又美麗的窗。

3.3.2 襯砌軸力計(jì)算分析

由此可知，上方重載車作用下，對既有隧道襯砌豎向變形最大影響區(qū)域在便道正下方，且工況三時影響更小。

既有公路隧道C、D襯砌內(nèi)輪廓按設(shè)計(jì)時速為80 km設(shè)計(jì)，新建鐵路隧道A、B襯砌內(nèi)輪廓按時速120 km有砟軌道設(shè)計(jì)。公、鐵隧道均為上下短臺階法施工，臺階支護(hù)結(jié)構(gòu)采用復(fù)合式襯砌。在初期支護(hù)中，通過錨桿、初噴混凝土組成聯(lián)合支護(hù)體系，二次襯砌用模筑混凝土襯砌。公、鐵隧道初噴混凝土厚度分別為 25 cm、20 cm，二次襯砌厚度均為45 cm，錨桿長度均為4 m。

圖9 各工況軸力云圖

由圖9可知：在三種工況下，隧道拱腰處軸力值最大，拱頂次之，仰拱處最小，且公路仰拱處軸力相較鐵路隧道大；在工況一沒有便道情況下，襯砌整體軸力值在252.9～768.6 kN之間，工況二襯砌軸力值在280.5～866.1 kN之間，工況三襯砌軸力值在276.6～853.1 kN之間；工況二、工況三相較沒有便道的工況一，最大軸力增量分別為12.7%、11.0%，其中拱腰處軸力增長較大。

3.1 用戶注冊登錄 打開昆蟲生境數(shù)據(jù)監(jiān)測軟件的賬號注冊頁面，輸入測試用戶名為admin，密碼為admin，并再次輸入密碼確認(rèn)注冊。此時軟件提示“注冊成功—用戶名：admin”，并進(jìn)入昆蟲生境監(jiān)測首頁。打開昆蟲生境數(shù)據(jù)監(jiān)測軟件的用戶登錄頁面，使用之前注冊的賬號admin登錄。此時軟件提示“登錄成功—用戶名：admin”，并進(jìn)入昆蟲生境監(jiān)測首頁，此后進(jìn)入系統(tǒng)主界面。

第二，對農(nóng)村集體經(jīng)濟(jì)組織中的成員一視同仁，實(shí)現(xiàn)“歸屬清晰”。通過對集體經(jīng)濟(jì)組織內(nèi)部成員進(jìn)行資格核定，實(shí)現(xiàn)對不同成員集體資產(chǎn)產(chǎn)權(quán)的劃分，這也是探索集體經(jīng)濟(jì)組織成員資格界定具體辦法的目的所在。

所設(shè)計(jì)的低壓變頻器集成監(jiān)控系統(tǒng)安裝于測試現(xiàn)場使用。經(jīng)一段時間的測試，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，計(jì)算節(jié)能節(jié)電水平較好。系統(tǒng)通過對變頻器運(yùn)行過程與參數(shù)狀態(tài)的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了對低壓變頻器的集成監(jiān)控，該系統(tǒng)具備監(jiān)控不同品牌、不同型號、只需具備MODBUS或USS兩種通訊協(xié)議中任意一種低壓變頻器的功能。在變頻器集成監(jiān)控系統(tǒng)使用過程中，減少了人工巡檢的工作量，提高了系統(tǒng)性的自動化水平，對工業(yè)系統(tǒng)的自動化水平提高具有一定的促進(jìn)意義。

（1）方案一：剛性混凝土板。首先用挖掘機(jī)將擬定寬度的位置進(jìn)行簡單清表，挖除部分軟弱黏土層，采用碎石混合料進(jìn)行換填，夯實(shí)后作為墊層可滿足承載力要求。采用級配礫石作為基層，C30鋼筋混凝土剛性分載板作為路面層。當(dāng)重載車通行時，可將汽車輪壓集中荷載分散成剛性板面上的均布荷載，以此減小對隧道襯砌結(jié)構(gòu)影響，見圖5。

3.3.3 隧道變形計(jì)算分析

（1）隧道頂?shù)撞控Q向位移

為分析在隧道上方通行重載車時，隧道襯砌變形影響程度，在計(jì)算中隧道開挖完成時進(jìn)行位移清零，以分析上部荷載影響。圖10為豎向位移云圖。

互聯(lián)網(wǎng)時代，資源共享已經(jīng)成為人們的共識，在此背景下，教師可以很輕松地通過網(wǎng)絡(luò)搜索優(yōu)秀的教案、課件和教學(xué)日志來完成備課，甚至還可以通過網(wǎng)絡(luò)視頻觀看和學(xué)習(xí)其他優(yōu)秀教師的教學(xué)方法。這就是“互聯(lián)網(wǎng)+”時代資源共享給我們帶來的好處。然而，有的教師卻只會盲目照搬照抄這些網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，有的教師在教學(xué)過程中，離開信息技術(shù)無法上課，到了依賴的地步，把大量的時間和精力花費(fèi)在對網(wǎng)絡(luò)教育資源的收集和模仿上，從而喪失了自身獨(dú)立思考和研究的能力，以至于成為信息技術(shù)的傳話筒。這種忽視學(xué)生實(shí)際情況和教學(xué)環(huán)境的方式，不僅不能發(fā)揮出網(wǎng)絡(luò)教育資源應(yīng)有的作用，甚至還有可能起到反效果。

圖10 各工況豎向位移云圖

由于計(jì)算模型左右對稱，各兩條公、鐵隧道變形規(guī)律一致，只取各隧道中變形大者進(jìn)行分析。圖11為沿隧道頂部、底部縱向襯砌沉降曲線。

圖11 襯砌沉降曲線

由圖11可知：兩種工況均為隧道襯砌拱頂沉降大于拱底，鐵路隧道襯砌拱頂、拱底沉降略大于公路隧道，但差異不大；沉降最大值發(fā)生在距離洞口13 m處，即施工便道中心線正下方區(qū)域；公路隧道在工況二下的襯砌最大豎向位移收斂值為1.37 mm，工況三時，豎向最大位移收斂值為1.19 mm；鐵路隧道在工況二下的襯砌最大豎向位移收斂值為1.43 mm，工況三時，豎向最大位移收斂值為1.24 mm。

醫(yī)院工作質(zhì)量水平與患者的生命息息相關(guān)，護(hù)理質(zhì)量管理是醫(yī)院質(zhì)量管理重要組成部分，護(hù)理質(zhì)量的低下可直接增加患者病死率、并發(fā)癥發(fā)生率和感染發(fā)生率［1-3］。2009年美國醫(yī)學(xué)研究所(Institution of Medicine，IOM)在“患者安全戰(zhàn)略”報(bào)告中指出，通過構(gòu)建循證管理模式、最大限度提高員工的能力、預(yù)防和減少差錯的發(fā)生、構(gòu)建安全文化理念來改進(jìn)健康保健機(jī)構(gòu)護(hù)理服務(wù)質(zhì)量［4］;并制定了21世紀(jì)醫(yī)療護(hù)理質(zhì)量的6大目標(biāo)——以患者為中心、安全、效果、及時、有效和公平。護(hù)理質(zhì)量是反映醫(yī)院醫(yī)療護(hù)理技術(shù)水平、服務(wù)水平和整體管理水平的聚焦點(diǎn)，提升護(hù)理質(zhì)量是醫(yī)院護(hù)理管理者面臨的挑戰(zhàn)。

（2）方案二：剛性混凝土板＋擴(kuò)大條形基礎(chǔ)。在方案一基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步減小施工便道通車對圍巖穩(wěn)定性影響，在剛性混凝土板便道中心線下方設(shè)置擴(kuò)大條形基礎(chǔ)?；A(chǔ)為三階擴(kuò)大基礎(chǔ)形狀，深度約為2 m，基礎(chǔ)位置設(shè)在每兩個隧道中間、滑動面以外，起到類似“減跨”作用，使其上部荷載向隧道兩側(cè)土層擴(kuò)散，以此減小隧道正上方滑動土體豎向應(yīng)力，見圖6。

1990年中國與印尼恢復(fù)外交關(guān)系后，印尼政府對華人的政策開始變得寬松。由于1966年后印尼開始有很多來自臺灣的商業(yè)投資，1990年印尼政府同意為在印尼的臺灣子女建立臺北學(xué)校，教學(xué)材料可以從臺灣引進(jìn)?！?994年政府開始準(zhǔn)許國民學(xué)習(xí)華語，也準(zhǔn)許民間開辦華語補(bǔ)習(xí)班”。[9]1994年6月11日“印尼內(nèi)政部政治司簽署文件準(zhǔn)許兩所指定的大學(xué)，即印尼大學(xué)和達(dá)爾瑪·勃爾沙達(dá)大學(xué)(Universitas Darma Persada)的漢語系開設(shè)漢語必修課”[10]，這說明印尼政府開始對華語作為外語的教學(xué)放寬限制。1998年5月印尼發(fā)生排華事件，蘇哈托總統(tǒng)同月宣布下臺。

在上方荷載作用下，會導(dǎo)致隧道局部地段受力與變形發(fā)生改變。圖12為既有隧道在上部荷載作用下不同工況下水平位移云圖。

圖12 各工況水平位移云圖

取各隧道中變形大者進(jìn)行分析，圖13為沿隧道縱向拱腰處水平位移曲線（圖中規(guī)定左側(cè)拱腰位移方向?yàn)檎?/p>

圖13 沿隧道縱向拱腰處水平位移曲線

由圖12、圖13可知：在工況二、三條件下，最大水平位移出現(xiàn)在拱腰處，隧道腰部呈“對稱鼓包型”，且鐵路隧道襯砌相比公路隧道鼓包程度更大；襯砌水平位移最大值均出現(xiàn)在施工便道中心線附近，即正下方區(qū)域影響最大；對于公路隧道，在工況二時，襯砌最大水平位移收斂值為0.87 mm，在工況三時，最大水平位移收斂值為0.76 mm；對于鐵路隧道，在工況二時，襯砌最大水平位移收斂值為0.90 mm，工況三時，水平位移最大收斂值為0.78 mm。

由此可知，在上方荷載作用下，隧道水平變形最大影響區(qū)域在便道正下方，且在工況三時既有隧道變形影響更小。

4 可行性分析

上部荷載作用時，隧道拱頂向下方發(fā)生位移和變形，易導(dǎo)致受拉破壞，為分析既有隧道洞口上方在重載車影響下是否滿足安全設(shè)計(jì)要求，需對其進(jìn)行驗(yàn)算［12］。選取最不利截面進(jìn)行分析，即施工便道正下方所在截面，分別對其彎矩、軸力、變形進(jìn)行分析計(jì)算，見表2～表3。

1.3.2 妊娠期并發(fā)癥 通過定期產(chǎn)檢發(fā)現(xiàn)，包括感染、羊水過多/過少、胎膜早破、早產(chǎn)、胎盤早剝、剖宮產(chǎn)等。

表2 公路隧道受力檢算

表3 鐵路隧道受力檢算

由表2～表3可知，對于公路、鐵路隧道而言，臨時便道采用方案一（剛性混凝土板）和方案二（剛性混凝土板＋擴(kuò)大條形基礎(chǔ)）均滿足襯砌結(jié)構(gòu)截面強(qiáng)度安全系數(shù)要求，方案理論可行，但采用方案二時安全系數(shù)更高、隧道變形量更小。鑒于鐵路隧道正在修建中，且開挖過程中出渣量較大，重載車通行頻繁，采用長跨度剛性板易造成路面開裂，為安全考慮，建議采用方案二。

5 總結(jié)與建議

（1）通過數(shù)值分析，在上部汽車重載作用下，襯砌整體受力增大，隧道拱頂下沉，兩側(cè)拱腰向外變形，但整體位移量較小。兩種設(shè)計(jì)方案均滿足襯砌結(jié)構(gòu)截面強(qiáng)度安全系數(shù)要求，理論上均可滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）施工便道采用方案二（剛性混凝土板＋擴(kuò)大條形基礎(chǔ)）時，隧道結(jié)構(gòu)受力變形更小。鑒于鐵路隧道正在修建中，且開挖過程中出渣量大，推薦采用方案二。

（3）在修建施工便道前，建議對下方影響區(qū)域內(nèi)隧道襯砌進(jìn)行細(xì)致勘察，包括襯砌厚度、裂紋、背后空洞等，必要時對存在的缺陷或病害進(jìn)行整治。

（4）在靠近隧道洞口側(cè)設(shè)置護(hù)欄及擋板，防止重載車行駛時渣土掉落對已運(yùn)營的公路隧道造成危險(xiǎn)，并對既有隧道進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，動態(tài)掌握隧道安全狀態(tài)，確保工程安全進(jìn)行。