某供熱隧道和施工豎井支護結構分析

翟成賢 劉 柳

(1.石家莊鐵道大學交通工程學院，河北 石家莊 050043；2.石家莊鐵道大學土木工程學院，河北 石家莊 050043； 3.河北交通職業技術學院路橋工程系，河北 石家莊 050091)

1 概述

隨著城市化進程的加快，河南漯河市城區人口逐步增長，居民生活質量不斷提高，冬季對供暖的需求也隨之強烈。但是由于以前經濟和技術原因，漯河市至今尚無熱力集中供熱管道。為了提高人民的福祉，以及城區的未來發展，決定實施集中供熱建設項目。工程以華電漯河發電有限公司2×330 MW為熱源，包括新建熱力站22個、高溫熱水管網供熱半徑約14.27 km的供熱管線22.55 km，主要向漯河市源匯區民用建筑和公共建筑提供采暖，可為源匯區約925.5萬m2供熱管網覆蓋區域內的10萬余用熱戶提供熱源保障，并為西城區作預留。項目主管網穿越漯河市鐵東區和源匯區。供熱管網從熱電廠引出后沿鐵路向北敷設至緯一路，轉向西敷設至金山路，再沿金山路—南環路—文化路—湘江路—嵩山路—長江路敷設至末端用戶，熱力管徑為DN900，沿途引出支干線、支線接入各個熱力站。在管網工程中有一穿污水隧道及施工豎井工程，施工順序為先開挖、支護豎井，然后以豎井為通道進行隧道施工。為了確保豎井和隧道的施工安全，需對豎井和隧道的支護結構進行檢算。

2 豎井和隧道支護結構檢算

豎井凈斷面尺寸3.5 m×3 m，深度6.5 m，豎井口設置鎖扣圈梁(圈梁橫斷面1 m×1 m)，豎井支護采用30 cm厚的“四肢型格柵鋼架+雙層鋼筋網+噴射混凝土”，格柵鋼架豎向間距0.7 m，鋼筋網為φ6.5的10 cm×10 cm，噴射混凝土等級為C25，豎井有關尺寸見圖1。隧道為直墻半圓拱結構，凈斷面尺寸1.5 m×1.6 m，長度25.5 m，隧道支護結構組成與豎井的相同，厚度為25 cm，格柵鋼架沿隧道縱向每0.5 m設一榀，隧道格柵鋼架如圖2所示。鋼筋采用HRB400，HPB300級。

結構檢算采用“荷載—結構”模式，借助ANSYS有限元軟件進行分析計算。

2.1 豎井支護結構檢算

豎井位于工程地質單元Ⅰ區，主要為粉土、粉質黏土，其地層參數自上而下如表1所示。

結構計算參數見表2。考慮對稱性，取1/4結構進行分析，計算模型如圖3所示。

表1 工程周圍土體物理力學參數

2.2 隧道結構檢算

隧道周圍地層與豎井相同(參數見表1)。取隧道縱向單位寬進行分析，并考慮對稱性，選取1/2結構進行檢算。支護參數如表3所示。計算模型如圖4所示。

表2 豎井結構計算參數

表3 隧道結構計算參數

2.3 結果分析

2.3.1豎井

豎井各單元內力計算結果見圖5。

最大彎矩120.74 kN·m在28號單元。當φ25，20 cm×20 cm的四肢型鋼筋格柵支架沿豎井深度方向每0.70 m布設一榀時，由鋼筋混凝土結構知識可得，每延米豎井支護結構抗彎能力為Mu=120.74 kN·m>結構最大承受彎矩M=48.22 kN·m。

2.3.2隧道

隧道各單元內力計算結果見圖6。

最大彎矩8.27 kN·m在9號單元。當φ22，15 cm×15 cm的四肢型鋼筋格柵拱架沿隧道縱向每0.50 m布設一榀時，由鋼筋混凝土結構知識可得，每延米隧道支護結構抗彎能力為Mu=92.87 kN·m>結構最大承受彎矩M=8.27 kN·m。

3 結語

隧道與地下工程是一個灰色系統，很多因素難以搞清。因此，既要作結構計算，又不能完全依靠計算，通過計算可以做到心中有數，關鍵是要按設計和規范要求進行施工。對于本工程而言，從理論計算來看，設計的支護結構是比較安全的，如果精心組織施工，隧道和豎井掘進進尺均可以拉大到1.0 m，相應的鋼筋格柵拱架沿隧道掘進方向、沿豎井深度方向每隔1.0 m布置一榀。這樣，既可節省成本，又可加快施工進度。當然，現場監控量測必須跟上，根據監控量測結果，實施動態設計與施工。