高速鐵路超大斷面隧道支護(hù)參數(shù)研究

張慧玲

(中國中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司,四川 成都 610031)

為了緩解和削減空氣動力學(xué)效應(yīng),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(dá)到 150～170m2,相當(dāng)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(shè)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(hù)參數(shù)體系。本文就超大斷面隧道支護(hù)、襯砌參數(shù)進(jìn)行研究,以適應(yīng)高速鐵路隧道大量建設(shè)的需要。

1 初步擬定的隧道支護(hù)參數(shù)及施工方法

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

1.1 隧道內(nèi)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(jié)構(gòu),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(hù)參數(shù)

根據(jù)對國外高速鐵路隧道的調(diào)查研究,結(jié)合我國部分大斷面隧道工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),初步擬定隧道襯砌支護(hù)參數(shù)如表1所示。

2 隧道襯砌的理論計(jì)算和分析

2.1 計(jì)算條件

計(jì)算理論:荷載—結(jié)構(gòu)模式;

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圖1 隧道內(nèi)輪廓

計(jì)算程序:采用ANSYS計(jì)算程序;

荷載確定:只考慮主要荷載,即圍巖壓力和結(jié)構(gòu)自重;

圍巖壓力:參照《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB 10003-2001,J 117-2001)(以下簡稱《隧規(guī)》)有關(guān)規(guī)定辦理;

二次襯砌承受荷載比例確定:參照《鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊》(隧道),對于復(fù)合式襯砌,“根據(jù)我國復(fù)合式襯砌圍巖壓力現(xiàn)場量測數(shù)據(jù)和模型試驗(yàn),并參考國內(nèi)外有關(guān)資料,建議 I～I(xiàn)V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(xué)指標(biāo):按《隧規(guī)》表3.2.8及表5.3.1辦理。

另外,計(jì)算中考慮復(fù)合襯砌背后完全回填密實(shí),考慮仰拱與襯砌共同作用;計(jì)算均假定襯砌背后圍巖能提供徑向彈性反力;有關(guān)襯砌結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(jì)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(yàn)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(jì)算結(jié)果

按照以上的計(jì)算條件通過計(jì)算分析得出各圍巖級別情況下二次襯砌的內(nèi)力,對此進(jìn)一步計(jì)算安全系數(shù)或配筋參數(shù)。計(jì)算結(jié)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(dá)到規(guī)范要求。

3 結(jié)論

針對各級圍巖斷面初擬的支護(hù)參數(shù),計(jì)算分析計(jì)算結(jié)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(dá)到規(guī)范要求。

[1]TB 10003-2005鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[2]鐵道部第二勘測設(shè)計(jì)院主編.鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊-隧道[M].北京:中國鐵道出版社,1995