既有隧道近接施工安全影響分析

尚明源

（核工業(yè)西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司， 四川 成都 610000）

0 引言

新建綠道工程由于施工中開挖擾動(dòng)以及后期行車行荷載等因素，會(huì)引起下方觀隧道襯砌受力改變，可能導(dǎo)致下方大觀隧道襯砌發(fā)生移動(dòng)或變形，影響鐵路正常運(yùn)營(yíng)。因此，評(píng)估新建綠道施工對(duì)隧道結(jié)構(gòu)影響程度，從而對(duì)綠道施工提出合理性意見，對(duì)危險(xiǎn)部位事先采取防范措施，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，這是本次分析的目的與意義。

1 安全評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《鐵路線路修理規(guī)則》(鐵運(yùn)[2006]146 號(hào)部令發(fā)布)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(biāo)準(zhǔn)值如下：邊墻水平位移控制值3.0mm；隧道拱頂、仰拱沉降累計(jì)值不得超過3.0mm。在上跨道路施工中，變形達(dá)到上述變形控制值70%時(shí)，進(jìn)行變形預(yù)警控制。

隧道鋼筋混凝土襯砌結(jié)構(gòu)安全系數(shù)的選取參照《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB 10003-2016)。

2 計(jì)算模型及選取參數(shù)

2.1 計(jì)算模型

本次計(jì)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(shè)計(jì)選取；圍巖物理力學(xué)參數(shù)依據(jù)隧道地勘報(bào)告。

圖1 隧道計(jì)算模型

2.2 荷載參數(shù)

新建6m 的寬一級(jí)綠道，在鐵路隧道左上方，鐵路防護(hù)范圍內(nèi)，一級(jí)綠道的人行荷載5.0kN/m2，緊急情況救援車輛荷載城-A 級(jí)，荷載取城-A 級(jí)。

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(hù)；（2）隧道上方工點(diǎn)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(duì)隧道二襯彎矩、軸力進(jìn)行計(jì)算，隧道襯砌結(jié)構(gòu)安全系數(shù)如下：

圖2 隧道襯砌安全系數(shù)圖

軸力從拱頂向兩側(cè)逐漸增大，且兩側(cè)基本對(duì)稱。左墻角出現(xiàn)最大軸力，其值為183KN。襯砌結(jié)構(gòu)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(dá)到最大值，為2.40KN.m。隧道襯砌結(jié)構(gòu)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(gòu)在無其他荷載或施工擾動(dòng)的情況下結(jié)構(gòu)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(yīng)力主要集中在左右拱腳處，最小主應(yīng)力量值可以達(dá)到-0.46Mpa，最大主應(yīng)力出現(xiàn)在隧道左拱腳處，其值可以達(dá)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(jì)算，隧道襯砌結(jié)構(gòu)安全系數(shù)如下：

圖3 隧道襯砌安全系數(shù)圖

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(gòu)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(dá)到最大值，為3.29KN.m。隧道襯砌結(jié)構(gòu)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(gòu)在施工擾動(dòng)的情況下結(jié)構(gòu)是偏于安全的。

為便于分析新建綠道作用后對(duì)既有隧道襯砌結(jié)構(gòu)位移的影響，特別新建綠道作用時(shí)對(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)豎向位移、橫向位移進(jìn)行了列表分析，見下表：

表1 新建綠道荷載對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的位移影響

新建綠道荷載的影響下，隧道結(jié)構(gòu)發(fā)生了位移：最大橫向位移在右拱肩附近，為0.26mm；最大豎向位移在左拱肩0.84mm。新建綠道對(duì)大壩隧道結(jié)構(gòu)的位移影響較小，滿足位移控制標(biāo)準(zhǔn)。

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(biāo)評(píng)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(yuǎn)小于控制值3mm，結(jié)構(gòu)安全；

2、隧道最大豎向位移為0.84mm，遠(yuǎn)小于控制值3mm，結(jié)構(gòu)安全；

3、在新建綠道施工并投入使用后，隧道襯砌結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)安全系數(shù)仍滿足規(guī)范要求；