高速公路并行高鐵隧道工程安全性分析

王超

（1.江西省勘察設(shè)計研究院，江西 南昌 330095；2.華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，江西 南昌 330013)

0 引言

我國早期修建的高速公路在長時間的運(yùn)營下，現(xiàn)今出現(xiàn)了不同程度的病害[1]，極大地增加了行車的安全隱患。此外，狹窄的路面限制了其通行能力，致使高速公路擁堵現(xiàn)象頻發(fā)，因此舊高速公路的改擴(kuò)建工程建設(shè)迫在眉睫。

由于高速公路和高速鐵路相互間的密切關(guān)系，在高速公路的改擴(kuò)建工程建設(shè)中，應(yīng)充分考慮對高速鐵路的影響[2]，特別是高鐵隧道這類對變形要求極高的鐵路[3-4]，故建立一套成熟的公鐵并行風(fēng)險控制體系是十分必要的。基于此，采用數(shù)值分析與R=P×C 定級法等手段，對某高速公路并行高鐵隧道工程進(jìn)行安全性分析，繼而依此形成一套完善的公鐵并行風(fēng)險控制體系。

1 工程概況

1.1 高速公路概況

高速公路整體路基寬度41m，分離路基寬度2×20.5m，高速公路等級為八車道高速公路，設(shè)計速度為100km/h。

1.2 既有高鐵隧道概況

某高鐵隧道全長為113m。隧道采用明挖+臨時仰拱的方法進(jìn)行施工，洞身主要穿越粗面質(zhì)凝灰?guī)r，埋深較淺。隧道的線路見圖1。

圖1 隧道縱斷面圖

隧道洞內(nèi)高度為10.88m，頂部距內(nèi)軌頂面為9.08m，內(nèi)軌頂面距隧道底部1.8m；寬度為14.7m，左右線中線距內(nèi)軌2.2m，隧道中心線距左右線中線2.5m，內(nèi)軌寬1.6m；隧道底部為C20 混凝土墊層，厚10cm，如圖2 所示。

圖2 隧道斷面示意圖（單位：cm）

1.3 公鐵位置關(guān)系

高速公路緊鄰高速鐵路左側(cè)布線，其中高鐵的形式為隧道，高速公路路基為路塹的形式，路塹的最大挖方深度在31.88m，路基與隧道的最小距離為80m＞73.5m（5B，B 為 隧 道 寬 度），如 圖3 所 示，滿 足 規(guī) 范要求[5]。

圖3 公鐵位置示意圖

2 安全風(fēng)險分析

本文通過建立三維有限元模型，分析某高速公路施工對高鐵隧道變形的影響，并根據(jù)數(shù)值計算結(jié)果以及現(xiàn)場風(fēng)險源，對工程的安全性進(jìn)行分析。

2.1 數(shù)值分析

本文采用MIDAS/GTS 三維建模分析，計算模型如圖4 所示。土體選用MC 模型，隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)采用板單元模擬，本構(gòu)模型選用彈性本構(gòu)，具體土體參數(shù)見表1。

圖4 模型示意圖

表1 土體參數(shù)

在此次計算模型中，考慮最不利狀況：高速公路與既有高鐵間距取最小值80m 進(jìn)行計算，且路塹挖方深度取最大值31.88m。

計算結(jié)果分析：

將各工況下的位移計算結(jié)果匯總?cè)绫? 所示。

表2 位移計算結(jié)果匯總

根據(jù)表2 可知，高鐵隧道累計最大位移為0.65mm，位于X 方向（順鐵方向），故該工程高鐵變形滿足規(guī)范要求[6]。

2.2 高速公路施工對既有高速鐵路附屬設(shè)備影響

高鐵隧道的電纜、通信、信號線纜均設(shè)置在隧道的纜槽內(nèi)，且高鐵隧道電氣化設(shè)備也位于隧道內(nèi)，故高速公路施工和運(yùn)營對既有高速鐵路電力、電氣化、通信、信號影響較小。

2.3 運(yùn)營階段安全性分析

2.3.1 高速鐵路防撞分析

高速公路路塹坡頂比路面高約10m，高速公路行車不易越過坡頂，故無需設(shè)置防撞護(hù)欄。

2.3.2 高速公路排水對高速鐵路排水的影響

高速公路、高速鐵路排水自成體系，雨水經(jīng)過高速公路縱、橫坡排入邊溝后，匯至地下排水系統(tǒng)，故高速公路排水設(shè)施對高速鐵路影響較小。

3 風(fēng)險識別及風(fēng)險定級

3.1 風(fēng)險識別

某高速公路并行高鐵隧道工程風(fēng)險事件主要有：地質(zhì)勘查準(zhǔn)確度、施工機(jī)械、路塹施工和運(yùn)營對高速鐵路變形影響、運(yùn)營階段高速公路汽車行駛對高速鐵路撞擊安全影響、高速公路排水系統(tǒng)對高速鐵路影響、高速公路在施工和運(yùn)營階段對既有高速鐵路設(shè)備影響。

3.2 風(fēng)險定級

根據(jù)高速公路設(shè)計文件及高鐵隧道相關(guān)設(shè)計資料，結(jié)合前述數(shù)值計算結(jié)果，對高速公路進(jìn)行風(fēng)險評估（見表3），認(rèn)為高速公路并行高鐵隧道風(fēng)險等級為II 級，風(fēng)險可控，工程可行性較高。

表3 風(fēng)險定級表

4 結(jié)論

對某高速公路并行高鐵隧道工程安全性進(jìn)行風(fēng)險評估，基于研究內(nèi)容得到結(jié)論如下：

第一，高速公路路基與高鐵隧道的最小距離為80m＞73.5m（5B，B 為隧道寬度），滿足規(guī)范要求；

第二，通過數(shù)值模擬結(jié)果顯示，高速公路施工運(yùn)營對高鐵隧道變形影響較小，滿足規(guī)范要求；

第三，高速公路路塹坡頂比高速公路路面高約10m，高速公路行車不易越過坡頂，故無需設(shè)置防撞護(hù)欄；

第四，高速公路、高鐵排水自成體系，故高速公路排水設(shè)施對高鐵影響較??；

第五，因高鐵的附屬設(shè)備均位于隧道內(nèi)，故幾乎不受高速公路施工影響；

第六，工程風(fēng)險等級為II 級，風(fēng)險可控，工程可行性較高。