大跨度雙連拱隧道施工對上方既有鐵路的變形影響分析

1、<p>　　大跨度雙連拱隧道施工對上方既有鐵路的變形影響分析</p><p>　　摘要：通過有限元數(shù)值計(jì)算對大跨度雙連拱隧道優(yōu)化前后的開挖方法對既有線的影響進(jìn)行了對比分析，從理論上論證優(yōu)化后開挖方案的合理性。對兩種開挖方案的對地層變形的影響進(jìn)行了深入分析，以指導(dǎo)實(shí)際施工，并對制定合理的加固方案提供有效的理論指導(dǎo)。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：大跨度雙連拱隧道；地層變形；加固方案

2、；數(shù)值模擬 </p><p>　　中圖分類號(hào)：U45文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　隧道施工在下穿既有線時(shí)，無可避免地要對地層產(chǎn)生擾動(dòng)，造成上方既有線路的隆沉，影響運(yùn)營；同時(shí)，既有線路處于運(yùn)營狀態(tài)也對新建下穿隧道的設(shè)計(jì)和施工提出了更高的要求。因此需要科學(xué)的制定考慮時(shí)空效應(yīng)的開挖和支撐的施工設(shè)計(jì)

3、方案，進(jìn)而可靠合理的利用土體自身在開挖過程中控制位移的潛力，有效的控制地表隆沉變形，保證既有線路安全運(yùn)營。 </p><p>　　本文針對某新建客專4線雙連拱隧道下穿既有線的隧道開挖方法進(jìn)行了優(yōu)化，通過有限元數(shù)值計(jì)算對優(yōu)化前后的開挖方法對既有線的影響進(jìn)行了對比分析。 </p><p><b>　　1 工程概況 </b></p><p>　　暗挖

4、下穿隧道的里程段長度約為80m，拱頂埋深1.92～9.47m，隧道開挖跨度達(dá)28m。其支護(hù)結(jié)構(gòu)橫斷面見圖2-6-1。隧道采取的支護(hù)和加固措施為： </p><p>　?。?）超前支護(hù)：隧道拱部120°范圍采用φ159×8mm雙層管棚超前支護(hù)，管棚沿隧道外輪廓布置，環(huán)向間距30cm，排間距30cm；在隧道開挖過程中，設(shè)φ42×5mm超前小導(dǎo)管進(jìn)行支護(hù)，小導(dǎo)管環(huán)向間距30cm，縱向間距1

5、.0m，長2.5m。 </p><p>　?。?）初期支護(hù)：初期支護(hù)噴射C25纖維早強(qiáng)砼，厚度為35cm，縱、橫隔壁厚度為30cm，鋼架采用型鋼鋼架，每0.5m設(shè)置一榀。 </p><p>　?。?）防水及二次襯砌： 隧道全斷面鋪設(shè)自粘式防水卷材，二次襯砌C35P12鋼筋砼澆筑。 </p><p>　　（4）線路加固：采用注漿方式加固路基。 </p>

6、<p>　　隧道開挖采用中洞法+CRD工法，將整個(gè)斷面開挖橫向分為側(cè)洞和中洞共3個(gè)洞，單個(gè)洞室采用CRD工法開挖支護(hù)。先施工中洞，再對稱自上而下施工兩側(cè)洞。 </p><p>　　由于隧道洞身大部分位于砂層中，圍巖穩(wěn)定性極差，因此施工嚴(yán)格執(zhí)行“小分塊，多循環(huán)，快封閉，勤量測，及時(shí)支撐，步步成環(huán)”大斷面初期支護(hù)體系的原則，嚴(yán)格控制每循環(huán)進(jìn)尺在0.5m，每循環(huán)開挖結(jié)束后，立即噴射5cm厚混凝土封閉掌子面。

7、</p><p>　　2 計(jì)算模型和相關(guān)物理力學(xué)參數(shù) </p><p>　　有限元模擬中所需的物理力學(xué)參數(shù)如下。 </p><p><b>　　材料參數(shù) </b></p><p>　　表1 計(jì)算輸入支護(hù)參數(shù) </p><p>　　表2 計(jì)算輸入土層參數(shù) </p><p>　

8、　不同開挖方案的有限元建模 </p><p>　　圖1 優(yōu)化前的隧道開挖方案 </p><p>　　圖2 優(yōu)化前開挖方案的有限元模型 </p><p>　　圖3 優(yōu)化后的開挖方案 </p><p>　　圖4 優(yōu)化后開挖方案的有限元模型 </p><p>　　圖5優(yōu)化前的開挖方案中二襯施工前的豎向位移云圖 </p&

9、gt;<p>　　圖6優(yōu)化后的開挖方案中二襯施工前的豎向位移云圖 </p><p>　?。?）兩種開挖方案的地表沉降曲線 </p><p>　　圖7優(yōu)化前的開挖方案施工過程中地表沉降變化曲線 </p><p>　　圖8 優(yōu)化后的開挖方案施工過程中地表沉降變化曲線 </p><p>　　根據(jù)優(yōu)化前開挖方案和優(yōu)化后開挖方案的土層變形

10、和地表沉降的分析結(jié)果，可知，兩種開挖方案的變形趨勢基本一致，由于左右兩隧洞的斷面是不對稱的，因此地表沉降也呈現(xiàn)出不對稱的趨勢，左洞的地表沉降要明顯大于右洞；在施作完中隔墻后，中隔墻的支護(hù)效果明顯，使得地表沉降呈現(xiàn)雙峰曲線的形狀，之后在進(jìn)行開挖作業(yè)時(shí)，右洞開挖引起的地表沉降要明顯大于左洞。 </p><p>　　總體來看，優(yōu)化前的開挖方案引起的地表沉降最大值為23mm左右，而優(yōu)化后引起的最大地表沉降則為16mm左右

11、，可見，從控制地表沉降的角度來看，優(yōu)化后的開挖支護(hù)方案要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的開挖支護(hù)方案。 </p><p><b>　　3 結(jié)論與討論 </b></p><p>　　本文借助有限元軟件對新建大跨度鐵路隧道下穿既有線的不同施工方法對地表沉降的影響進(jìn)行了計(jì)算分析，在相同土層狀況和相同加固方案的條件下： </p><p>　?。?）單純從不同施工方案對地

12、表沉降的影響來看，優(yōu)化后的隧道分部施工開挖方案要明顯優(yōu)于優(yōu)化前的方案； </p><p>　?。?）由于該雙連拱隧道斷面的不對稱性所引起的地表不均勻沉降應(yīng)予以重視，如在隧道頂部區(qū)域采取不對稱的加固方案。 </p><p>　　由于巖土材料和工程地質(zhì)的復(fù)雜性，數(shù)值模擬分析時(shí)極難選取合適的參數(shù)來反映現(xiàn)場實(shí)際，而且，由于施工工序的高度復(fù)雜性，采取二維平面應(yīng)變分析對真實(shí)施工的模擬結(jié)果也有較大影響。

13、這些都是有待于進(jìn)一步研究和討論的。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 萬靈．大跨度前埋深隧道施工對地表變形影響數(shù)值分析研究[D]．廣州：廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程專業(yè)，2011 </p><p>　　[2] 袁金秀，李現(xiàn)者.下穿既有客運(yùn)專線淺埋大跨雙連拱隧道施工方法比選[J]．河北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2