新建公路上跨既有隧道结构变形影响研究

新建公路上跨既有隧道结构变形影响研究

Summary：本文依托既有京哈高铁辽西隧道，采用大型有限元软件计算平台ANSYS，建立了“土体—公路路基—高铁隧道”三维数值模型，通过对变形，得到了周围地层、隧道结构、轨道结构变形大小及规律，为新建公路施工监测提供了依据，从而确保高铁运营安全。Keys：高铁；周围地层；隧道结构；轨道结构；变形1、引言隧道上部路基填方施工会引起临近围岩或土体应力重分布，进而引起地层变形，既有结构的变形往往是上跨施工关注的重点，其变形是地层变形的直接结果。而既有隧道的存在同样也会反作用于地层，使其变形与自由场地层不同。本文基于大型有限元软件计算平台ANSYS，通过建立“土体—公路路基—高铁隧道”三维数值模型，开展数值模拟，计算新建公路路基施工及运营引起既有京哈高铁辽西隧道结构的变形值，并对其进行影响评估和风险预测。2、隧道工程概况辽西隧道位于辽宁省朝阳市凌源市瓦房店镇大王杖子村至城东街道办马场村，地形较陡。隧道进口里程为DK298+975；隧道出口位于山后缓坡，出口里程为DK312+180，隧道全长13205m，最大埋深约263m。隧道内轮廓按铁路工程建设通用参考图《时速350公里客运专线铁路双线隧道复合式衬砌》（通隧〔2005〕0301）设计，有效净空面积为100m2。隧道内线间距为5m，曲线地段线间距不加宽。隧道按CRTSⅢ型板式无砟轨道设计。3、数值模拟分析某新建公路与辽西隧道交叉桩号1911，设计高465.198m，地面高464.144m，为填方路基，填筑高度1.054m；计算采用有限元软件ANSYS进行分析，根据圣维南原理及计算效率，所取模型范围：辽西隧道轴向长度为150m，水平横向120m，竖向为60m。模型约束：前、后及左、右面边界均采用水平约束，底边界受竖向约束，顶面为自由面；隧道所在地层为IV级围岩，假设围岩为理想弹塑性材料，服从Mohr-Coulomb屈服准则，衬砌、路基和铁路轨道赋予弹性材料的属性，围岩、隧道衬砌、路基全部采用solid65三维实体单元。计算模型如图1所示。图1路基填筑后计算模型图4、计算结果分析4.1新建公路与辽西隧道交叉段地层及隧道结构变形影响分析施工完成后，地层及隧道结构变形云图如图2、3所示。从云图上可以看出：由于交叉段为路基填方，地层整体变形趋势是下沉的。地层最大沉降位置基本发生在交叉段落公路填筑位置的地表处。新建公路与辽西隧道交叉段地层最大竖向位移为2.62mm。从隧道结构位移云图上可以看出，受地层下降趋势影响，隧道结构有下沉趋势。隧道最大位移位置发生隧道拱顶处，且位于交叉段落公路新建部位的正下方。路基填筑引起的隧道拱顶最大位移为-1.05mm，图3交叉段地层竖向位移云图（单位：m）图3交叉段隧道结构竖向位移云图（单位：m）4.2新建公路与辽西隧道交叉段既有隧道轨道结构变形影响分析新建公路与辽西隧道交叉段轨道不平顺偏差（高低不平顺、轨道方向不平顺、水平不平顺，轨距偏差）沿隧道纵向变化。路基填筑引起的轨道纵向最大差异沉降（高低）约0.105mm/10m，最大轨向偏差（轨向）为0.01mm/10m；左右轨道高差（水平）最大值为0.039mm，轨距偏差最大值为（轨距）0.015mm。5、结论由于公路新建过程中为填方路基，地层、隧道结构及轨道会出现向下的位移。在新建公路施工时，应加强对隧道周围地层、隧道结构、轨道结构的变形监测，保证既有铁路结构变形在可控制的标准范围之内，确保铁路运营安全。Reference[1]王希宝,袁松,陈文宇,张生.新建高速公路隧道上跨既有引水隧洞安全性分析与评价[J].北方交通,2021(11):74-78.DOI:10.15996/ki.bfjt.2021.11.019.[2]王勇,王国欣,李金会,苏井高,李书渝,丁涯.新建公路隧道小净距上跨施工对既有地铁隧道影响分析——以重庆红岩村隧道上跨既有轨道环线隧道工程为例[J].隧道建设(中英文),2020,40(S1):160-168.[3]程刚,张兆杰,罗晋明.新建公路隧道上跨施工对既有铁路隧道的影响研究[J].四川建筑,2020,40(03):53-56+59.[4]张良.新建公路工程上跨铁路隧道的近接施工影响分析[J].公路,2019,64(10):304-309.[5]李辉.上跨隧道对既有隧道的变形影响及控制研究[D].重庆交通大学,2014.[6]姚捷.新建公路施工