施工便道上跨既有隧道方案可行性研究

2021-04-27曹成威纪松岩石钰锋

铁道建筑技术 2021年2期

金星曹成威李建管锋纪松岩石钰锋

（1.中铁十六局集团有限公司北京 100018；2.华东交通大学江西省岩土工程基础设施安全与控制重点实验室江西南昌 330013；3.江西省润邦工程技术研究有限公司江西南昌 330209；4.中国铁路南昌局集团有限公司江西南昌 330002；5.中铁建大桥工程局集团第一工程有限公司辽宁大连 116033）

1 引言

近年来，随着我国公路、铁路隧道建设的迅速发展，由于地形地貌等条件的限制，地面工程和地下工程交叉建设的情况越来越多，新建工程对既有建筑产生影响的情况不可避免［1］。特别在隧道洞口附近，因围岩差、埋深浅特点，在隧道洞口上方修建道路时，将引起土层附加应力增加致使衬砌局部受力发生变化，严重时可直接导致衬砌结构发生破坏，从而影响行车安全，因此只有正确分析隧道变形与受力规律，才能为工程提供指导性建议，以确保工程顺利进行。

张建［2］运用FLAC3D软件进行三维数值模拟，研究了新建上跨铁路运营期间列车静载作用下隧道结构的安全性及位移稳定性；卢明熙［3］使用Midas数值计算软件，计算在上部80 t汽车荷载作用下，隧道及施工便道的变形情况；路平［4］等通过三维有限元数值模型，模拟了上部建筑物在土中产生的应力扩散对既有隧道结构和轨道变形产生的影响，并提出相应的变形控制措施；李镜培［5］等通过研究邻近建筑荷载对地下给排水管的影响，得到了附加荷载在地下管道上的附加应力分布情况；吴庆［6－7］通过室内模型试验和数值模拟方法，对堆卸载作用下对既有隧道结构的变形特征进行研究，总结出在不同埋深和堆卸载位置时既有隧道变形与受力规律；曹净［8－9］等通过对隧道在地面非对称填载作用下的土拱效应进行了分析，推导出地面非对称填载作用下既有明挖隧道围岩压力计算公式。

在实际工程中，重载施工便道上跨既有隧道案例并不常见，风险可控性难以把握。本文依托某实际工程案例，施工便道初步拟定两种上跨方案，分别为刚性板和刚性板＋扩大条形基础方案，通过建立三维有限元模型，比较两种方案对下卧隧道衬砌结构受力与变形影响，通过所得数据对结构进行强度验算和安全性评价。

An on-chip bias circuit for the W-band SiGe HBT power amplifier is proposed in this work. This bias solution has the advantages of improving the output power of the power amplifier, temperature insensitivity, and smooth controllability.

2 工程概况及便道设计方案

2.1 工程背景

山腰处存在两条既有已运营的两车道公路隧道C、D，在公路隧道两侧新建两条双线铁路隧道A、B，洞口处隧道结构已施工完成。由于地形和地貌等条件限制，为新建铁路隧道继续开挖过程中出渣方便，现拟定在距洞口约10 m处建设一条宽度为6 m的施工便道，主要通行车辆为60 t大型渣土车。平面位置关系见图1，图2为纵剖面图。

高血脂可诱发人体高血压、心脑血管病、糖尿病、癌症等疾病。仙草可通过增强细胞活力、调节脂肪代谢、阻止脂质在血管壁沉积、增加冠脉血流量、降低心肌壁张力和脑血管外阻力而达到降低高血脂诱发的高血压、心脑血管等疾病。仙草中的熊果酸具有降血脂作用。目前开发的仙草降脂茶可显著降低家兔血清胆固醇(TC)和三酰甘油(TG)含量，能有效预防和康复治疗高血脂、心脑血管等疾病[52,53]。

图1 平面位置关系

图2 纵剖面示意

考虑到隧道开挖为上下短台阶法施工，衬砌施作存在先后时间顺序，为更好地分析隧道衬砌轴力变化，选取施工便道中心线与隧道衬砌的交线所在截面进行分析。图9为各工况下轴力云图。

图3、图4分别为公路、铁路隧道内轮廓图。

图3 公路隧道内轮廓（单位：cm）

图4 铁路隧道内轮廓（单位：cm）

2.2 地质条件

根据地质勘查报告，洞口处围岩等级为Ⅴ类，隧道洞口埋深在4.8～8.0 m之间。地处典型丘陵地带，主要可分为4个工程地质层，从上向下依次为黏性砂土、强风化石英砂岩、中风化石英砂岩、微风化石英砂岩。区域构造稳定性较好，未发现崩塌、滑坡及地面塌陷等不良地质作用，适宜本工程的建设。

2.3 施工便道设计方案

由于施工便道上穿既有隧道，且靠近隧道口处，为减小重型渣土车对隧道结构的影响，拟定两种施工便道设计方案。

由此可知，工况二、工况三条件下，相比没有施工便道的工况一，轴力值都有所增大，其中拱腰处轴力增长幅值较大，且工况三条件下轴力较小。

图5 刚性混凝土板设计

（2）隧道拱腰水平位移

图6 刚性混凝土板+扩大条形基础设计（单位：cm）

3 有限元模拟分析

3.1 模型构建

通过岩土领域通用有限元软件Midas GTS NX进行三维建模，洞口按照最不利埋深8.0 m建模。

考虑到边界效应，模型向下取5倍洞径深度，宽度方向取两侧新建隧道5倍洞径外，纵向取隧道长度50 m范围，确定模型尺寸为220 m×100 m×75 m。模型底部为固定约束，侧面约束法向位移，上部表面为自由面，左右为对称模型。图7为有限元模型。

图7 有限元计算模型

3.2 模拟工况与参数选取

计算按照三种工况进行。第一种计算工况：模拟原有隧道开挖后，没有施工便道情况，计算得到既有公路、铁路隧道受力变形情况；第二种计算工况：在隧道洞口上方增加刚性混凝土板便道，且考虑后期汽车荷载作用；第三种计算工况：便道采用刚性混凝土板＋扩大条形基础情况，以此模拟隧道受力变形情况。

土体采用摩尔－库伦本构模型，单元类型为实体单元，初衬和二衬等效成整体，衬砌采用板单元模拟，锚杆采用植入式桁架单元进行模拟，均为弹性本构模型。隧道开挖为上下短台阶开挖方法，提前植入锚杆，每开挖一步，待隧道开挖应力释放30%后，后续阶段模拟隧道施作衬砌后应力释放剩余的70%，在进行上方便道施工时，路基路面和条形扩大基础采用弹性本构模型，施工便道60 t重载车行驶荷载按照最不利荷载取值［10－11］。模型计算参数见表1。

表1 模型计算参数

3.3 计算结果分析

3.3.1 衬砌弯矩计算分析

由此可知，在既有隧道上方增设施工变道的两种设计方案下，当重载渣土车通过时，方案二和方案三弯矩值均有所增大，相比于工况二，工况三采用条形扩大基础时，弯矩增量更小。

通过计算三种工况，分别得到新建铁路隧道和公路隧道在没有便道，以及刚性板和增添扩大条形基础工况弯矩云图，见图8。

图8 各工况弯矩云图

由图8可知：在三种工况下，弯矩较大值发生在拱腰、仰拱处，相比公路隧道，铁路隧道拱腰及拱顶处弯矩较小；工况一条件下，既有衬砌弯矩值在－93.5～66.0 kN·m区间，工况二衬砌弯矩值在－118.5～83.8 kN·m区间，工况三衬砌弯矩值在－108.1～76.4 kN·m区间；工况二、工况三最大弯矩增量分别为26.7%和15.6%，拱腰处弯矩值增长较大。

大自然中的花草树木、风雨雷电都是很好的写作素材。所谓“登山则情满于山，观海则意溢于海”，孩子们要带着自己独自的情感认识周围的世界，必须走进大自然，用自己的眼睛去看世界，用自己的心去感受世界，用自己的语言表达世界。我们要开启孩子的心灵，教他们体验自然，感受自然，用心抒发，用情表达。春天来了，带学生观察校园，欣赏春的生机勃勃；去秋游，领着孩子们去看秋景的美；下雪了，与其将学生关在教室里“身在曹营心在汉”，不如带他们来到操场上，和雪来一个亲密接触，感受雪的气息；菊花开了，让学生去公园里看看菊展，认识菊花千姿百态的美景……绚丽多彩的大自然，为学生的写作打开了一扇充满生机而又美丽的窗。

3.3.2 衬砌轴力计算分析

由此可知，上方重载车作用下，对既有隧道衬砌竖向变形最大影响区域在便道正下方，且工况三时影响更小。

既有公路隧道C、D衬砌内轮廓按设计时速为80 km设计，新建铁路隧道A、B衬砌内轮廓按时速120 km有砟轨道设计。公、铁隧道均为上下短台阶法施工，台阶支护结构采用复合式衬砌。在初期支护中，通过锚杆、初喷混凝土组成联合支护体系，二次衬砌用模筑混凝土衬砌。公、铁隧道初喷混凝土厚度分别为 25 cm、20 cm，二次衬砌厚度均为45 cm，锚杆长度均为4 m。

图9 各工况轴力云图

由图9可知：在三种工况下，隧道拱腰处轴力值最大，拱顶次之，仰拱处最小，且公路仰拱处轴力相较铁路隧道大；在工况一没有便道情况下，衬砌整体轴力值在252.9～768.6 kN之间，工况二衬砌轴力值在280.5～866.1 kN之间，工况三衬砌轴力值在276.6～853.1 kN之间；工况二、工况三相较没有便道的工况一，最大轴力增量分别为12.7%、11.0%，其中拱腰处轴力增长较大。

3.1 用户注册登录打开昆虫生境数据监测软件的账号注册页面，输入测试用户名为admin，密码为admin，并再次输入密码确认注册。此时软件提示“注册成功—用户名：admin”，并进入昆虫生境监测首页。打开昆虫生境数据监测软件的用户登录页面，使用之前注册的账号admin登录。此时软件提示“登录成功—用户名：admin”，并进入昆虫生境监测首页，此后进入系统主界面。

第二，对农村集体经济组织中的成员一视同仁，实现“归属清晰”。通过对集体经济组织内部成员进行资格核定，实现对不同成员集体资产产权的划分，这也是探索集体经济组织成员资格界定具体办法的目的所在。

所设计的低压变频器集成监控系统安装于测试现场使用。经一段时间的测试，系统稳定可靠，计算节能节电水平较好。系统通过对变频器运行过程与参数状态的监控，实现了对低压变频器的集成监控，该系统具备监控不同品牌、不同型号、只需具备MODBUS或USS两种通讯协议中任意一种低压变频器的功能。在变频器集成监控系统使用过程中，减少了人工巡检的工作量，提高了系统性的自动化水平，对工业系统的自动化水平提高具有一定的促进意义。

（1）方案一：刚性混凝土板。首先用挖掘机将拟定宽度的位置进行简单清表，挖除部分软弱黏土层，采用碎石混合料进行换填，夯实后作为垫层可满足承载力要求。采用级配砾石作为基层，C30钢筋混凝土刚性分载板作为路面层。当重载车通行时，可将汽车轮压集中荷载分散成刚性板面上的均布荷载，以此减小对隧道衬砌结构影响，见图5。

3.3.3 隧道变形计算分析

（1）隧道顶底部竖向位移

为分析在隧道上方通行重载车时，隧道衬砌变形影响程度，在计算中隧道开挖完成时进行位移清零，以分析上部荷载影响。图10为竖向位移云图。

互联网时代，资源共享已经成为人们的共识，在此背景下，教师可以很轻松地通过网络搜索优秀的教案、课件和教学日志来完成备课，甚至还可以通过网络视频观看和学习其他优秀教师的教学方法。这就是“互联网+”时代资源共享给我们带来的好处。然而，有的教师却只会盲目照搬照抄这些网络教学资源，有的教师在教学过程中，离开信息技术无法上课，到了依赖的地步，把大量的时间和精力花费在对网络教育资源的收集和模仿上，从而丧失了自身独立思考和研究的能力，以至于成为信息技术的传话筒。这种忽视学生实际情况和教学环境的方式，不仅不能发挥出网络教育资源应有的作用，甚至还有可能起到反效果。

图10 各工况竖向位移云图

由于计算模型左右对称，各两条公、铁隧道变形规律一致，只取各隧道中变形大者进行分析。图11为沿隧道顶部、底部纵向衬砌沉降曲线。

图11 衬砌沉降曲线

由图11可知：两种工况均为隧道衬砌拱顶沉降大于拱底，铁路隧道衬砌拱顶、拱底沉降略大于公路隧道，但差异不大；沉降最大值发生在距离洞口13 m处，即施工便道中心线正下方区域；公路隧道在工况二下的衬砌最大竖向位移收敛值为1.37 mm，工况三时，竖向最大位移收敛值为1.19 mm；铁路隧道在工况二下的衬砌最大竖向位移收敛值为1.43 mm，工况三时，竖向最大位移收敛值为1.24 mm。

医院工作质量水平与患者的生命息息相关，护理质量管理是医院质量管理重要组成部分，护理质量的低下可直接增加患者病死率、并发症发生率和感染发生率［1-3］。2009年美国医学研究所(Institution of Medicine，IOM)在“患者安全战略”报告中指出，通过构建循证管理模式、最大限度提高员工的能力、预防和减少差错的发生、构建安全文化理念来改进健康保健机构护理服务质量［4］;并制定了21世纪医疗护理质量的6大目标——以患者为中心、安全、效果、及时、有效和公平。护理质量是反映医院医疗护理技术水平、服务水平和整体管理水平的聚焦点，提升护理质量是医院护理管理者面临的挑战。

（2）方案二：刚性混凝土板＋扩大条形基础。在方案一基础上，为进一步减小施工便道通车对围岩稳定性影响，在刚性混凝土板便道中心线下方设置扩大条形基础。基础为三阶扩大基础形状，深度约为2 m，基础位置设在每两个隧道中间、滑动面以外，起到类似“减跨”作用，使其上部荷载向隧道两侧土层扩散，以此减小隧道正上方滑动土体竖向应力，见图6。

1990年中国与印尼恢复外交关系后，印尼政府对华人的政策开始变得宽松。由于1966年后印尼开始有很多来自台湾的商业投资，1990年印尼政府同意为在印尼的台湾子女建立台北学校，教学材料可以从台湾引进。“1994年政府开始准许国民学习华语，也准许民间开办华语补习班”。[9]1994年6月11日“印尼内政部政治司签署文件准许两所指定的大学，即印尼大学和达尔玛·勃尔沙达大学(Universitas Darma Persada)的汉语系开设汉语必修课”[10]，这说明印尼政府开始对华语作为外语的教学放宽限制。1998年5月印尼发生排华事件，苏哈托总统同月宣布下台。

在上方荷载作用下，会导致隧道局部地段受力与变形发生改变。图12为既有隧道在上部荷载作用下不同工况下水平位移云图。

图12 各工况水平位移云图

取各隧道中变形大者进行分析，图13为沿隧道纵向拱腰处水平位移曲线（图中规定左侧拱腰位移方向为正）。

图13 沿隧道纵向拱腰处水平位移曲线

由图12、图13可知：在工况二、三条件下，最大水平位移出现在拱腰处，隧道腰部呈“对称鼓包型”，且铁路隧道衬砌相比公路隧道鼓包程度更大；衬砌水平位移最大值均出现在施工便道中心线附近，即正下方区域影响最大；对于公路隧道，在工况二时，衬砌最大水平位移收敛值为0.87 mm，在工况三时，最大水平位移收敛值为0.76 mm；对于铁路隧道，在工况二时，衬砌最大水平位移收敛值为0.90 mm，工况三时，水平位移最大收敛值为0.78 mm。

由此可知，在上方荷载作用下，隧道水平变形最大影响区域在便道正下方，且在工况三时既有隧道变形影响更小。

4 可行性分析

上部荷载作用时，隧道拱顶向下方发生位移和变形，易导致受拉破坏，为分析既有隧道洞口上方在重载车影响下是否满足安全设计要求，需对其进行验算［12］。选取最不利截面进行分析，即施工便道正下方所在截面，分别对其弯矩、轴力、变形进行分析计算，见表2～表3。

1.3.2 妊娠期并发症通过定期产检发现，包括感染、羊水过多/过少、胎膜早破、早产、胎盘早剥、剖宫产等。

表2 公路隧道受力检算

表3 铁路隧道受力检算

由表2～表3可知，对于公路、铁路隧道而言，临时便道采用方案一（刚性混凝土板）和方案二（刚性混凝土板＋扩大条形基础）均满足衬砌结构截面强度安全系数要求，方案理论可行，但采用方案二时安全系数更高、隧道变形量更小。鉴于铁路隧道正在修建中，且开挖过程中出渣量较大，重载车通行频繁，采用长跨度刚性板易造成路面开裂，为安全考虑，建议采用方案二。