黑龍江 王國博 孟維軍

引言

隨著我國交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，各種結(jié)構(gòu)物交叉的現(xiàn)象越來越多。在保證既有結(jié)構(gòu)物正常運(yùn)營的情況下，安全施工是此類工程施工的難題。目前對(duì)隧道結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)物的位置關(guān)系、所處地質(zhì)條件、隧道施工方法的不同，對(duì)交通重載作用下隧道施工的研究還相對(duì)較少。本文采用數(shù)值分析的方式研究了高速路隧道施工過程進(jìn)行了分析。

某高速鐵路隧道設(shè)計(jì)為單洞雙線隧道，時(shí)速為350km。進(jìn)口里程DK913+650，出口里程DK913+852，隧道全長202m，均為V級(jí)圍巖。在DK913+705處揚(yáng)子公路垂直跨過隧道洞頂，隧道拱頂距離揚(yáng)子公路路面5.0米，采用CD法施工。隧道橫斷面及支護(hù)參數(shù)詳見圖1。

圖1 隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)斷面圖

1 數(shù)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(jí)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(jù)《公路橋梁設(shè)計(jì)通用規(guī)范》，路面交通荷載按20KN/m考慮。

1.2 計(jì)算模型的建立

采用ADINA有限元計(jì)算軟件，根據(jù)地下結(jié)構(gòu)的計(jì)算原理，隧道開挖影響范圍為洞徑的3～5倍，并根據(jù)隧道圍巖地質(zhì)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(jì)算中圍巖、路面基層和墊層計(jì)算力學(xué)模型選用Mohr-Coulomb彈塑性模型，路面、初期支護(hù)、臨時(shí)支護(hù)和錨桿選用彈性模型。

計(jì)算參數(shù)的選取見表1。

表1 圍巖及支護(hù)的物理力學(xué)參數(shù)

1.3 計(jì)算結(jié)果分析

1.3.1 應(yīng)力分析

隧道初期支護(hù)各施工開挖部的應(yīng)力見圖2。

圖2 隧道初期支護(hù)各開挖部應(yīng)力圖

從圖2可知，各開挖部的最大應(yīng)力為12.9MPa,小于C30噴射混凝土極限抗壓應(yīng)力16.5MPa，所以初期支護(hù)結(jié)構(gòu)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(cè)邊墻和底部，隧道頂部范圍內(nèi)基本上沒有出現(xiàn)塑性區(qū)，這與頂部大管棚預(yù)支護(hù)、小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)有關(guān)。根據(jù)塑性區(qū)計(jì)算結(jié)果，在每開挖部均應(yīng)設(shè)置鎖腳錨桿，并根據(jù)現(xiàn)場施工情況，可以考慮在中隔墻上增設(shè)臨時(shí)注漿錨桿。

2 結(jié)論

通過數(shù)值模擬計(jì)算分析得出的隧道周圍地層塑性區(qū)分布和應(yīng)力狀態(tài)，能夠?yàn)榈貙蛹庸檀胧┘拜o助施工方案的選擇提供必要的理論依據(jù)。從計(jì)算結(jié)果可知，按照設(shè)計(jì)方案施工，地層穩(wěn)定、支護(hù)結(jié)構(gòu)安全。

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

[2]樓曉明,鄭俊杰，等.隧道施工引起的地表變形數(shù)值模擬[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2007.9.