既有隧道近接施工安全影響探析

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摘要：本文以通過建立三維有限差分模型，模擬鐵路隧道安全影響范圍內(nèi)的近接施工過程，以隧道位移、安全系數(shù)指標評判其安全穩(wěn)定性，從而指導施工，保障鐵路運營安全。

關鍵詞：隧道；有限元分析；近接施工；安全評估

新建綠道工程由于施工中開挖擾動以及后期行車行荷載等因素，會引起下方觀隧道襯砌受力改變，可能導致下方大觀隧道襯砌發(fā)生移動或變形，影響鐵路正常運營。因此，評估新建綠道施工對隧道結(jié)構影響程度，從而對綠道施工提出合理性意見，對危險部位事先采取防范措施，規(guī)避風險，這是本次分析的目的與意義。

1安全評判標準

根據(jù)《鐵路線路修理規(guī)則》(鐵運[2006]146號部令)中軌道幾何尺寸偏差要求，從保守角度考慮，確定大觀隧道影響段變形控制標準值如下：邊墻水平位移控制值3.0mm；隧道拱頂、仰拱沉降累計值不得超過3.0mm。在上跨道路施工中，變形達到上述變形控制值70%時，進行變形預警控制。隧道鋼筋混凝土襯砌結(jié)構安全系數(shù)的選取參照《鐵路隧道設計規(guī)范》(TB10003-2016)。

2計算模型及選取參數(shù)

2.1計算模型。本次計算范圍選取為：上部至地表，下部取至隧道仰拱以下30m。左右各取50m；襯砌幾何參數(shù)按既有設計選取；圍巖物理力學參數(shù)依據(jù)隧道地勘報告。2.2荷載參數(shù)。新建6m的寬一級綠道，在鐵路隧道左上方，鐵路防護范圍內(nèi)，一級綠道的人行荷載5.0kN/m²，緊急情況救援車輛荷載城-A級，荷載取城-A級。2.4施工過程模擬。隧道及道路施工過程模擬：（1）隧道全斷面開挖并支護；（2）隧道上方工點施工及施加荷載。

3既有隧道安全影響分析

3.1既有隧道開挖后安全分析。對隧道二襯彎矩、軸力進行計算，隧道襯砌結(jié)構安全系數(shù)如下：為183KN。襯砌結(jié)構彎矩均比較小，在拱頂和仰拱范圍內(nèi)，襯砌內(nèi)側(cè)受拉，其最大值為1.58KN.m，其他部位為外側(cè)受拉，在左墻角達到最大值，為2.40KN.m。隧道襯砌結(jié)構安全系數(shù)較大，最小值出現(xiàn)在左墻角部位，其值為22.2，大于規(guī)范規(guī)定安全系數(shù)。因此，可以判定：隧道襯砌結(jié)構在無其他荷載或施工擾動的情況下結(jié)構是偏于安全的。3.2近接施工影響分析。隧道上方新建6m寬綠道工程施工并施加荷載后，整理數(shù)據(jù)可得：隧道圍巖應力主要集中在左右拱腳處，最小主應力量值可以達到-0.46Mpa，最大主應力出現(xiàn)在隧道左拱腳處，其值可以達到-1.18Mpa；最大豎向位移在左拱肩處，為0.85mm，最大橫向位移發(fā)生在左墻角。經(jīng)過提取并計算，隧道襯砌結(jié)構安全系數(shù)如下：隧道襯砌內(nèi)力變化規(guī)律：軸力從左拱肩向兩側(cè)逐漸增大，。左墻角出現(xiàn)最大軸力，其值為252KN，出現(xiàn)偏壓現(xiàn)象。襯砌結(jié)構彎矩均比較小，在拱頂和仰拱范圍內(nèi)，襯砌內(nèi)側(cè)受拉，其最大值為2.11KN.m，其他部位為外側(cè)受拉，在左墻角達到最大值，為3.29KN.m。隧道襯砌結(jié)構安全系數(shù)較大，最小值出現(xiàn)在左墻角部位，其值為14.9，大于規(guī)范規(guī)定安全系數(shù)。因此，可以判定：隧道襯砌結(jié)構在施工擾動的情況下結(jié)構是偏于安全的。為便于分析新建綠道作用后對既有隧道襯砌結(jié)構位移的影響，特別新建綠道作用時對隧道襯砌結(jié)構豎向位移、橫向位移進行了列表分析，見下表：

4結(jié)論

本文通過建立三維模型，模擬了大觀隧道安全影響范圍內(nèi)的近接施工過程，并且以隧道位移、安全系數(shù)等指標評判其安全穩(wěn)定性，得到以下結(jié)論：1、隧道最大橫向位移為0.26mm，水平位移遠小于控制值3mm，結(jié)構安全；2、隧道最大豎向位移為0.84mm，遠小于控制值3mm，結(jié)構安全；3、在新建綠道施工并投入使用后，隧道襯砌結(jié)構結(jié)構安全系數(shù)仍滿足規(guī)范要求；

參考文獻：

[1]陳卓,孔超.地鐵車站隧道群近接既有橋梁結(jié)構施工的安全影響分析[J].現(xiàn)代隧道技術,2018,55(S2):1235-1242.

作者:尚明源 單位:核工業(yè)西南勘察設計研究院有限公司