地表面交通荷载对浅埋隧道施工影响的研究

山西省交通规划勘察设计院 陈汝先 刘天亮

地表面交通荷载对浅埋隧道施工影响的研究

山西省交通规划勘察设计院 陈汝先 刘天亮

结合某实际工程,通过三维动力分析,研究隧道施工中拱顶与地表面的竖向位移和力学特性、支护结构的受力和安全可靠性,为交通荷载作用下浅埋隧道施工中的力学性状问题的进一步研究提供一定的理论依据和参考作用。

浅埋隧道交通荷载影响

随着城市化进程的加快,城市人口和车辆的增长,很多城市道路越拓越宽,但是仍然满足不了需要。城市中新建地下人行通道、地下行车通道已经成为解决城市交通拥挤的一种重要手段,其保证了城市交通的畅通和行人的安全,同时也美化了市容。但是目前对于城市地下通道施工中路面汽车荷载对施工影响方面的研究甚少,本论文以厦门市湖光路下穿嘉禾路连接明发商业广场地下行车通道浅埋暗挖段工程为依托,特对此进行了研究。

一、工程概况

该工程为厦门市湖光路下穿嘉禾路连接明发商业广场的地下行车通道,该通道暗挖段长42米,通道净宽6.6米,横穿嘉禾路八车道公路,通道顶板距路面3米左右,属于浅埋隧道类型。开挖方式全断面机械开挖,支护方式:长管棚、锁脚锚管加复合式衬砌。开挖进尺为2米。通道所处地质分布及其特征:经钻探揭露,拟建场地内岩土层自上而下为杂填土、粉质粘土、残积粘土、全风化花岗岩、强风化花岗岩。

二、交通荷载模型

本文只考虑稳态简谐荷载,以城市A、B级公路桥梁荷载布置图为以依据,考虑了将荷载简化为两轴轴距为3.6米,轮距1.8米,轮重分别为30、50、70KN,车速分别为20、40Km/h的理想车辆荷载。车速为20Kkm/ h、40Kkm/h,稳态简谐荷载时程曲线见图1、图2。

图1 车速为20km/h稳态简谐荷载时程曲线

图2 车速为40km/h稳态简谐荷载时程曲线

三、三维简谐荷载分析

1.主车道下通道开挖第一进尺结果

(1)通道顶板最高处节点竖向位移响应分析

图3 20km/h通道顶板最高处节点竖向位移时程

图4 40km/h通道顶板最高处节点竖向位移时程

(2)地面节点竖向位移响应分析

图5 20km/h地面处节点竖向位移时程

图6 40km/h地面处节点竖向位移时程

(3)通道顶板最高处节点主应力响应分析

图7 20km/h通道顶板节点主应力时程曲线

图8 40km/h通道顶板主应力时程曲线

从以上结果可以看出,在主车道下通道开挖第一进尺主车道在简谐荷载作用下,同一车速不同重量的车通过时对通道开挖的影响是不同的,车愈重通道开挖时应力、位移愈大;不同车速同重量的车通过时对通道开挖的影响是也不同的,车愈快通道开挖时应力、位移愈大。

2.主车道下通道开挖第二进尺结果

(1)通道顶板最高处节点竖向位移响应分析

图9 20km/h通道顶板最高处节点竖向位移时程

图10 40km/h通道顶板最高处节点竖向位移时程

(2)地面节点竖向位移响应分析

图11 20km/h第二进尺地面处节点竖向位移时程

图12 40km/h第二进尺地面处节点竖向位移时程

(3)通道顶板最高处节点主应力响应分析

图13 20km/h通道顶板节点主应力时程曲线

图14 40km/h通道顶板主应力时程曲线

从以上结果可以看出,在主车道下通道开挖第二进尺主车道在简谐荷载作用下,同一车速不同重量的车通过时对通道开挖的影响是不同的,车愈重通道开挖时应力、位移愈大;不同车速同重量的车通过时对通道开挖的影响也是不同的,车愈快通道开挖时应力、位移愈大。

四、结论

(1)同一车速不同车重情况:重车通过时对通道的开挖影响较大,通道顶板节点和路面节点的位移、应力值明显大于轻车的。

(2)同一车重不同车速情况:快车通过时对通道的开挖影响较大,通道顶板节点和路面节点的位移、应力值都明显大于慢车的。

(3)同一车重、同车速、不同进尺情况:开挖第二进尺时,通道顶板节点和路面节点的位移、应力值都明显大于第一进尺的。

(4)通过对该工程进行三维的动力分析,验证了原设计单位提供的设计与施工方案的可行性.

五、建议

在施工过程中,车辆通过的速度加以限制,控制在40km/h之内;在施工过程中,对通过车辆进行限载,车辆轮重控制在100kN之内;在开挖主车道下的通道时,开挖后要及时施作初次支护,及时封闭开挖面;同时,尽可能限制主车道下通道开挖时路面车辆的车速、车重和车流量;建议在施工过程中通道上部路面铺设钢板同时限制车速,钢板铺设范围沿通道轴线向两边各10米左右。

[1]公路隧道设计规范(JTJ026-90)[M].人民交通出版社,1990

[2]城市桥梁设计荷载标准(CJJ77-98)[M].人民交通出版社,1990

[3]孙钧.地下工程设计与实践[M].上海:上海科学技术出版社,1996