高速鐵路超大斷面隧道支護參數(shù)研究

張慧玲

(中國中鐵二院工程集團有限責任公司,四川 成都 610031)

為了緩解和削減空氣動力學效應,高速鐵路隧道大多采用單洞雙線斷面,軌面以上有效凈空斷面積 100m2,開挖面積達到 150～170m2,相當于 3座單線鐵路隧道的規(guī)模,屬于超大斷面。這種超大斷面隧道雖然在既有鐵路建設工程中偶爾也有(比如三線車站隧道、喇叭口隧道等),但隧道長度都較短,對施工工期一般沒有要求,沒有形成一套完整的支護參數(shù)體系。本文就超大斷面隧道支護、襯砌參數(shù)進行研究,以適應高速鐵路隧道大量建設的需要。

1 初步擬定的隧道支護參數(shù)及施工方法

參考國內外高速鐵路隧道支護參數(shù)及施工方法的調研結果,并根據(jù)國家 “八五”、“九五”時期科研成果及《京滬高速鐵路設計暫行規(guī)定》推薦的高速鐵路單洞雙線隧道內凈空斷面,通過工程類比初步擬定武漢至廣州客運專線巖石地區(qū)單洞雙線隧道支護參數(shù)。

1.1 隧道內輪廓尺寸

隧道軌面以上有效凈空斷面積為 100m2,采用半徑為687cm的單心圓結構,線間距 5.0m,曲線地段不加寬,如圖1所示。

1.2 隧道襯砌斷面及支護參數(shù)

根據(jù)對國外高速鐵路隧道的調查研究,結合我國部分大斷面隧道工程實踐經驗,初步擬定隧道襯砌支護參數(shù)如表1所示。

2 隧道襯砌的理論計算和分析

2.1 計算條件

計算理論:荷載—結構模式;

?

圖1 隧道內輪廓

計算程序:采用ANSYS計算程序;

荷載確定:只考慮主要荷載,即圍巖壓力和結構自重;

圍巖壓力:參照《鐵路隧道設計規(guī)范》(TB 10003-2001,J 117-2001)(以下簡稱《隧規(guī)》)有關規(guī)定辦理;

二次襯砌承受荷載比例確定:參照《鐵路工程設計技術手冊》(隧道),對于復合式襯砌,“根據(jù)我國復合式襯砌圍巖壓力現(xiàn)場量測數(shù)據(jù)和模型試驗,并參考國內外有關資料,建議 I～IV類圍巖二次襯砌承受 30% ～50%的圍巖壓力”,二次襯砌按承受荷載的 50%考慮;

圍巖及襯砌材料的物理力學指標:按《隧規(guī)》表3.2.8及表5.3.1辦理。

另外,計算中考慮復合襯砌背后完全回填密實,考慮仰拱與襯砌共同作用;計算均假定襯砌背后圍巖能提供徑向彈性反力;有關襯砌結構強度和偏心矩要求,參照《隧規(guī)》第十一章規(guī)定辦理;對于配筋計算,根據(jù)《隧規(guī)》11.2.11及11.2.12并按照破損階段法辦理;對于裂縫驗算,按照《隧規(guī)》10.3.3及 10.3.4辦理;最大裂縫寬度不大于 0.2mm。

2.2 計算結果

按照以上的計算條件通過計算分析得出各圍巖級別情況下二次襯砌的內力,對此進一步計算安全系數(shù)或配筋參數(shù)。計算結果表明除Ⅱ級深埋及Ⅲ級深埋外,Ⅳ、Ⅴ級圍巖的深、淺埋及偏壓狀態(tài)下二次襯砌均需通過配筋來達到規(guī)范要求。

3 結論

針對各級圍巖斷面初擬的支護參數(shù),計算分析計算結果表明:除Ⅱ級深埋及Ⅲ級深埋外,Ⅳ、Ⅴ級圍巖的深、淺埋及偏壓狀態(tài)下二次襯砌均需通過配筋來達到規(guī)范要求。

[1]TB 10003-2005鐵路隧道設計規(guī)范[S]

[2]鐵道部第二勘測設計院主編.鐵路工程設計技術手冊-隧道[M].北京:中國鐵道出版社,1995