重载交通作用下隧道施工过程分析

黑龙江 王国博 孟维军

引言

随着我国交通基础设施建设，各种结构物交叉的现象越来越多。在保证既有结构物正常运营的情况下，安全施工是此类工程施工的难题。目前对隧道结构下穿各类建筑物施工的研究较多，并取得了很多研究成果。由于隧道与下穿结构物的位置关系、所处地质条件、隧道施工方法的不同，对交通重载作用下隧道施工的研究还相对较少。本文采用数值分析的方式研究了高速路隧道施工过程进行了分析。

某高速铁路隧道设计为单洞双线隧道，时速为350km。进口里程DK913+650，出口里程DK913+852，隧道全长202m，均为V级围岩。在DK913+705处扬子公路垂直跨过隧道洞顶，隧道拱顶距离扬子公路路面5.0米，采用CD法施工。隧道横断面及支护参数详见图1。

图1 隧道支护结构断面图

1 数值模拟分析

1.1 交通荷载的简化

隧道顶部的杨子公路虽然只是三级公路，但是地处长沙市城乡交界处，且附近仓库很多，重型车辆频繁，根据《公路桥梁设计通用规范》，路面交通荷载按20KN/m考虑。

1.2 计算模型的建立

采用ADINA有限元计算软件，根据地下结构的计算原理，隧道开挖影响范围为洞径的3～5倍，并根据隧道围岩地质条件，隧道横断面方向取90m，深度为38m。模型的左右边界上施加水平方向的约束，下部边界上施加竖直方向的约束，上部为自由边界条件。

在计算中围岩、路面基层和垫层计算力学模型选用Mohr-Coulomb弹塑性模型，路面、初期支护、临时支护和锚杆选用弹性模型。

计算参数的选取见表1。

表1 围岩及支护的物理力学参数

1.3 计算结果分析

1.3.1 应力分析

隧道初期支护各施工开挖部的应力见图2。

图2 隧道初期支护各开挖部应力图

从图2可知，各开挖部的最大应力为12.9MPa,小于C30喷射混凝土极限抗压应力16.5MPa，所以初期支护结构满足安全要求。

1.3.2 塑性区分析

隧道施工开挖过程中的塑性区分布见图3～5。

图3 隧道第2部开挖塑性区分布图

图4 隧道第4部开挖塑性区分布图

图5 隧道第5部开挖塑性区分布图

由图3～5分析可知，在隧道每开挖部围岩塑形区主要集中在两侧边墙和底部，隧道顶部范围内基本上没有出现塑性区，这与顶部大管棚预支护、小导管预支护有关。根据塑性区计算结果，在每开挖部均应设置锁脚锚杆，并根据现场施工情况，可以考虑在中隔墙上增设临时注浆锚杆。

2 结论

通过数值模拟计算分析得出的隧道周围地层塑性区分布和应力状态，能够为地层加固措施及辅助施工方案的选择提供必要的理论依据。从计算结果可知，按照设计方案施工，地层稳定、支护结构安全。

[1]朱正国,贾晓云，等.暗渠下穿高速公路施工过程的数值模拟及工程应用[J].岩土力学，2009.6.

[2]楼晓明,郑俊杰，等.隧道施工引起的地表变形数值模拟[J].铁道工程学报，2007.9.