黑龍江 王國博 孟維軍
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
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。
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)
1.3.1 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。
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.