新建公路上跨既有隧道結(jié)構(gòu)變形影響研究

新建公路上跨既有隧道結(jié)構(gòu)變形影響研究

Summary：本文依托既有京哈高鐵遼西隧道，采用大型有限元軟件計算平臺ANSYS，建立了“土體—公路路基—高鐵隧道”三維數(shù)值模型，通過對變形，得到了周圍地層、隧道結(jié)構(gòu)、軌道結(jié)構(gòu)變形大小及規(guī)律，為新建公路施工監(jiān)測提供了依據(jù)，從而確保高鐵運營安全。Keys：高鐵；周圍地層；隧道結(jié)構(gòu)；軌道結(jié)構(gòu)；變形1、引言隧道上部路基填方施工會引起臨近圍巖或土體應力重分布，進而引起地層變形，既有結(jié)構(gòu)的變形往往是上跨施工關(guān)注的重點，其變形是地層變形的直接結(jié)果。而既有隧道的存在同樣也會反作用于地層，使其變形與自由場地層不同。本文基于大型有限元軟件計算平臺ANSYS，通過建立“土體—公路路基—高鐵隧道”三維數(shù)值模型，開展數(shù)值模擬，計算新建公路路基施工及運營引起既有京哈高鐵遼西隧道結(jié)構(gòu)的變形值，并對其進行影響評估和風險預測。2、隧道工程概況遼西隧道位于遼寧省朝陽市凌源市瓦房店鎮(zhèn)大王杖子村至城東街道辦馬場村，地形較陡。隧道進口里程為DK298+975；隧道出口位于山后緩坡，出口里程為DK312+180，隧道全長13205m，最大埋深約263m。隧道內(nèi)輪廓按鐵路工程建設通用參考圖《時速350公里客運專線鐵路雙線隧道復合式襯砌》（通隧〔2005〕0301）設計，有效凈空面積為100m2。隧道內(nèi)線間距為5m，曲線地段線間距不加寬。隧道按CRTSⅢ型板式無砟軌道設計。3、數(shù)值模擬分析某新建公路與遼西隧道交叉樁號1911，設計高465.198m，地面高464.144m，為填方路基，填筑高度1.054m；計算采用有限元軟件ANSYS進行分析，根據(jù)圣維南原理及計算效率，所取模型范圍：遼西隧道軸向長度為150m，水平橫向120m，豎向為60m。模型約束：前、后及左、右面邊界均采用水平約束，底邊界受豎向約束，頂面為自由面；隧道所在地層為IV級圍巖，假設圍巖為理想彈塑性材料，服從Mohr-Coulomb屈服準則，襯砌、路基和鐵路軌道賦予彈性材料的屬性，圍巖、隧道襯砌、路基全部采用solid65三維實體單元。計算模型如圖1所示。圖1路基填筑后計算模型圖4、計算結(jié)果分析4.1新建公路與遼西隧道交叉段地層及隧道結(jié)構(gòu)變形影響分析施工完成后，地層及隧道結(jié)構(gòu)變形云圖如圖2、3所示。從云圖上可以看出：由于交叉段為路基填方，地層整體變形趨勢是下沉的。地層最大沉降位置基本發(fā)生在交叉段落公路填筑位置的地表處。新建公路與遼西隧道交叉段地層最大豎向位移為2.62mm。從隧道結(jié)構(gòu)位移云圖上可以看出，受地層下降趨勢影響，隧道結(jié)構(gòu)有下沉趨勢。隧道最大位移位置發(fā)生隧道拱頂處，且位于交叉段落公路新建部位的正下方。路基填筑引起的隧道拱頂最大位移為-1.05mm，圖3交叉段地層豎向位移云圖（單位：m）圖3交叉段隧道結(jié)構(gòu)豎向位移云圖（單位：m）4.2新建公路與遼西隧道交叉段既有隧道軌道結(jié)構(gòu)變形影響分析新建公路與遼西隧道交叉段軌道不平順偏差（高低不平順、軌道方向不平順、水平不平順，軌距偏差）沿隧道縱向變化。路基填筑引起的軌道縱向最大差異沉降（高低）約0.105mm/10m，最大軌向偏差（軌向）為0.01mm/10m；左右軌道高差（水平）最大值為0.039mm，軌距偏差最大值為（軌距）0.015mm。5、結(jié)論由于公路新建過程中為填方路基，地層、隧道結(jié)構(gòu)及軌道會出現(xiàn)向下的位移。在新建公路施工時，應加強對隧道周圍地層、隧道結(jié)構(gòu)、軌道結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測，保證既有鐵路結(jié)構(gòu)變形在可控制的標準范圍之內(nèi)，確保鐵路運營安全。Reference[1]王希寶,袁松,陳文宇,張生.新建高速公路隧道上跨既有引水隧洞安全性分析與評價[J].北方交通,2021(11):74-78.DOI:10.15996/ki.bfjt.2021.11.019.[2]王勇,王國欣,李金會,蘇井高,李書渝,丁涯.新建公路隧道小凈距上跨施工對既有地鐵隧道影響分析——以重慶紅巖村隧道上跨既有軌道環(huán)線隧道工程為例[J].隧道建設(中英文),2020,40(S1):160-168.[3]程剛,張兆杰,羅晉明.新建公路隧道上跨施工對既有鐵路隧道的影響研究[J].四川建筑,2020,40(03):53-56+59.[4]張良.新建公路工程上跨鐵路隧道的近接施工影響分析[J].公路,2019,64(10):304-309.[5]李輝.上跨隧道對既有隧道的變形影響及控制研究[D].重慶交通大學,2014.[6]姚捷.新建公路施工