综合管廊上穿高速铁路隧道安全性分析

2019-11-18陈五二

山西建筑 2019年20期

陈五二

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

1 概述

随着我国市政综合管廊、交通基础建设的加快，综合管廊工程与地下交通工程交叉、临近的情况越来越多，其中不乏有市政管廊上穿高速铁路隧道的情况。由于高速铁路轨道对沉降要求较高，就会对与高速铁路相交综合管廊建设提出高要求。本文结合市政管廊上穿崇礼铁路太子城隧道，在高速铁路隧道顶部进行大面积土方开挖和回填夯实，对高速铁路隧道形成卸载和加载的工况，分析其引起太子城隧道沉降及结构安全的影响。

2 工程概况

张家口崇礼太舞四季滑雪小镇市政综合管廊上穿崇礼铁路太子城隧道，管廊结构中线和铁路线路夹角约为45°，如图1所示。崇礼铁路是为北京冬奥会崇礼赛场服务的，是时速250 km的高速铁路，轨道为无砟轨道结构。太子城隧道与综合管廊相交段为明洞结构，该处明洞顶覆土约7.7 m。市政综合管廊为两舱结构，分别为热力舱和水信舱。市政管线中雨水管、污水管、排洪管不能进入管廊的管线采用直埋，但其基坑开挖与综合管廊设计施工同步进行，如图2所示。

根据地质勘查资料，综合管廊与太子城隧道相交段地层由上至下依次为：粉质黏土、全风化二长花岗岩、强风化二长花岗岩，综合管廊结构主要位于粉质黏土及全风化二长花岗岩中。

3 综合管廊设计方案

综合管廊为框架结构，管廊内净空尺寸为(355+206)×300 cm，顶、底板及边墙厚度为40 cm，两舱间中墙厚度为25 cm。

综合管廊采用明挖施工，基坑深约6 m，边坡采用喷锚防护，主体框架混凝土结构采用现浇施工。综合管廊基础坐落在太子城隧道明洞拱顶回填土范围内，为防止管廊基底承载力局部不满足要求，产生不均匀沉降，对明洞回填土范围内土体采用地表注浆加固。

4 施工过程数值模拟分析

4.1 数值模拟分析模型

通过有限元软件建立数值计算模型，模拟综合管廊施工全过程，分析新建综合管廊施工对太子城隧道明洞结构及轨道变形的影响。

模型单元中土体为实体单元模拟，明洞结构、管廊结构及市政管线用板单元模拟。土体采用线弹性本构关系。

模型以太子城隧道方向为Y轴，垂直线路方向为X轴，竖直方向为Z轴，模型在太子城隧道方向取180 m，X轴方向取86 m，Z轴方向取40 m。根据太子城隧道和综合管廊的相对位置关系，按隧道与基坑开挖夹角45°建模，建模如图3所示。模型共包含95 013个单元，117 046个节点。综合管廊、直埋管和太子城隧道空间关系见图4。

4.2 模拟计算工况

分析计算按照以下4种工况进行：工况1是管廊结构施工前初始应力状态。此工况太子城隧道仅受围岩压力作用；工况2是注浆加固管廊基地并开挖基坑。此工况模拟隧道逐步卸载过程，分析卸载对隧道结构和轨道产生的影响；工况3是施作管廊结构。此工况模拟局部加载对隧道结构及轨道产生的影响；工况4是埋设直埋管线并回填夯实土层。此工况模拟加载对隧道结构及轨道产生的影响；对土层进行夯实过程，通过施加施工超载，模拟此阶段夯实填土对隧道结构及轨道产生的影响。

4.3 主要工况计算结果

通过各工况计算分析，分别得到地层应力分布图，隧道结构X,Y,Z方向的变形，无砟轨道结构横向和竖向的变形，本文仅列出影响安全主要的隧道结构Z向变形和轨道结构竖向变形，见图5～图8。

通过对综合管廊施工开挖过程的数值模拟分析，得出各施工阶段太子城隧道无砟轨道最大变形计算结果。基坑开挖至管廊底标高时(工况2)，太子城隧道受基坑开挖的影响，轨道出现隆起变形量最大值，隆起变化位置与基坑开挖位置一致，隆起变形量为1.542 mm。综合管廊施作完成并回填夯实土层后，引起太子城隧道轨道发生沉降，为-0.236 mm回填后趋于初始状态。

根据本工程实际特点，依据铁路相关管理规定和技术标准，采用200 km/h<υmax≤250 km/h轨道保养管理值5 mm作为本隧道内轨道变形的控制值。施工过程中计算分析的最大隆起和沉降均小于变形控制值。