探讨新建车行横通道对既有隧道结构的影响研究[公路隧道]

1、公 路 隧道 2 0 1 4年 第 4期 总第 8 8期 新建车行横通道对既有隧道结构 的影响研究 李 科 1 招商局 重庆交通科研设计 院有 限公 司 重庆 胡 学兵 郭 军 4 0 0 0 6 7 2 公路隧道建设技 术国家工程实验室重庆4 0 0 0 6 7 摘 要 对既有隧道结构的改造将引起原隧道衬砌结构与围岩的应力重分布 改变其受力状态 针对新建 车行横通道对 既有隧道结构 的影 响 以某高速公路新建 复线 隧道与既 有隧道 间车行 横通道 建设 为例 采 用三维 有 限元进行数值 模拟研究 分析新 建横通道施工过程 中既有 隧道结构 与 围岩 的受 力和变 形特性 研 究结果 表明 新 建横通道破坏 了原隧道 围岩 的成拱效应 导 致接 口处 衬砌应 力集 中 但影 响范 围局 限在 2倍横 通道跨 径距 离 内 该研究成果 可供类似工程参考 关 键 词 隧道 车行横通道 衬砌结构 数值模拟 隧道 车 行 横 通 道 与 主线 隧 道 交 叉 部 位 受 力 特 征复杂 交叉洞施工力学与相应 的施工技术是隧道 工程中的难 点 新建隧道施 工过程 中 横通道 开 挖 引起 的

2、主要 问题 是 围 岩 力 学状 态 的改 变 衬 砌 结 构可 在 围岩应 力 释 放 一 定 程 度后 施 作 因 而 隧道 结构受力可处于安全状态 3 但随着交通量与交 通 需求 的增 大 一 些 既 有 隧 道 需 要 改 造 与 扩 建 而 新建车行横通道与既有隧道相连 不仅将改变围岩 的力学 状态 还 会破 坏 隧道 衬 砌 结 构 因此 掌握 新 建工程对既有隧道结构受力状态的影 响 便可为设 计 与施 工提 供 理论 支撑 6 本文以某 高速公路新建 复线 隧道 与既有 隧道 间新建 车行 横 通道 施 工 为 工 程 背 景 采 用 三 维 有 限 元对新建车行横通道 引起 的既有 隧道 结构受力 与 变 形变 化特 征 进行 分 析 为 采 取 有 针 对 性 的 工程 措 施提供依据 1 工 程概 况 1 1 工程 背 景 某高速公路隧道 为分离式单 向 2车道隧道 2 隧道间距约 5 0 m 暗挖段采用新 奥法原 理设 计 复 合式衬砌结 构 高压 富水及与 车 人行 横通道交叉 口地段 采 用 钢 筋 混 凝 土 加 强 衬 砌 隧 道 净 宽 9 m 其组成

3、为 0 7 5 m检修道 2 3 7 5 m车行道 0 7 5 m 检 修道 净 高 5 m 2座 隧道 之 间设 置 3处 车行 横通 道 6处人 行横 通 道及 6 对 紧 急停 车带 为满足运营需要 需对既有隧道进行扩容 扩容 方案为在既有隧道两侧新建 2 个单洞 2车道隧道 1 2工程 地质 条件 工程区地层主要为海相与浅海相碳 酸岩盐 碎 屑岩和内陆相碎屑岩沉积 出露的地层除 白垩 系 第 3系缺失外 自2叠系至第 4系均有不 同程度的 发育 其 中 侏 罗 系 出 露 厚 度 最 大 分 布 最 广 3叠 系次 之 2叠 系最少 岩性有灰岩 白云岩 盐 溶角砾岩 泥灰 岩 泥 岩 砂岩等 灰岩 白云岩 泥灰 岩 角砾 岩等碳酸 岩盐主要 出露 于背斜轴部 呈长条状展布 砂岩 泥 岩 等主 要 出露 于背斜 两翼 分布 面积 相对 较大 1 3新 旧隧道横 通道 设 置状 况 既有隧道车行横通道设置于隧道 普通段 人行 横通 道设 置 于 隧道紧 急停 车带 中部 新 建隧 道共 设置 紧急停 车带 1 2处 左 右洞 各 6 处 设置于既有隧道紧急停车带对应 位置 车行横

4、通道 l 2处 左 右洞各 6处 设置 于紧急停车带位 置 按 双 车 道设 置 人 行 横 通 道 1 4处 左 右 洞 各 7 处 设 置于 隧道 普 通 段 车行 人 行 横 通 道 分 别 以 9 O 与左 右 线 隧道相 交 新 旧隧道 间设 置 人行 车行 横 通 道交 叉 口 车 行 人行 横通道 由新建 隧道向既有隧道施工 2隧道设计方 案 选取 1 2个车行横通道 中地质条件最差的右 3 车行横通道进行计算评估 该车行横 通道位于新 建隧道 YK4 1 4 5 既有隧道 J YK4 1 5 7 3 4处 右 3 车行 横通 道 断面处 既有 隧道 围岩 等 级为 类 主要 为 黑 色 炭 质 页 岩 夹 泥 质 页 岩 泥 质 粉 硬 岩 岩层 很 破 碎 节 理 极 为 发 育 断 层 涌 水 很 大 但 流量 逐 减 新 建 隧 道 围岩 等 级 为 V级 以燧 石 灰 岩 为主 溶洞 溶 隙发育 且有 瓦斯气体涌处 断层影 响带范围岩体破 碎 围岩 自稳 能力差 且地下水十 分发 育 瓦斯 涌 出量 大 围岩 严 重 受 断层 影 响 龙 潭 组煤 系地层中瓦斯

5、易沿溶隙 裂隙涌出 右 3 车行横通道与既有右线隧道及其人行横通 道的位置关系见 图 1 右 3 车行横通道处既有右线 1 李 科等 新建车行横通道对既有隧道结构的影响研究 图 1 O 塑性 区主要分布在右 3 车行横通道与既有 右线隧道交界线周边 以及 既有隧道 拱肩 拱腰与 边墙 脚 区域 原 人 行 横 通 道 纵 断 面 围 岩 塑 性 区 范 围增 大 5 结论 本文以某高速公路新建复线隧道为例 对新建 车行横通道对 既有 隧道结构 的影 响进行 了分析研 究 并 得 到如 下结 论 1 新建车行横通道破坏了既有隧道 围岩拱效应 后 在交叉部位会 出现应力集中 既有隧道衬砌结构 应力便会超过混凝土设计强度 结构发生局部破坏 2 拉应 力的应力集 中出现在 车行横通道 拱顶 与 底板 两 侧 的既有 隧道 衬 砌 部 位 压 应 力 的应 力 集 中出现在横通道边墙两侧 的既有隧道衬砌部位 拉 应 力 压应 力 和剪应 力影 响 范 围小 于 2倍 车行 横 通 道 跨 径 3 新建车行横通 道导致处 于既有 隧道 另一侧 的既有人行横通道接 口部位衬砌应力 围岩位移 以 及

6、围岩塑性区增大 参 考文 献 E 1 张志强 许江 万 晓燕 公 路长隧道 与横通道 空问斜交 结构施工力学研究 J 岩 土力学 2 0 0 7 2 8 2 2 4 7 2 5 2 E 2 李玉峰 彭立 敏 雷 明锋 交叉隧道工 程设计施 工技术研 究进展E J 铁道科学 与工程学 报 2 o 1 4 l l 1 6 7 7 3 3 罗彦斌 陈建勋 王梦恕 隧道斜交横通道施工对主隧道 衬砌结构 的影 响研 究 E J 岩石 力学 与工 程学 报 2 0 1 0 2 9 增 2 3 7 9 2 3 7 9 8 4 靳晓光 李 晓红 深埋 交叉 隧道 动态施 工力学 行为 研究 J 重庆建筑大学学 报 2 0 0 8 3 0 2 3 2 3 6 E 5 刁志刚 横通 道与大断面隧道交 叉 口施工 方法探讨 E J 铁道建筑 2 O l O 1 O 3 5 3 7 6 马广州 张薇 城 市早期人 防 隧道交 汇位置 结构 改造 分析E J 地下空 间与工程学报 2 0 1 0 6 4 8 7 7 8 8 1 E 7 孙敏 李刚 刘玉 国 既有暗挖 隧道改扩建施 工技术 分析E J 华北水利水 电学 院学报 2 o 1 3 3 4 2 5 9 6 3 8 苏高裕 新 旧隧道横 向通道施 工关 键技 术 J 中外公 路 2 O 1 2 3 2 4 2 4 1 2 4 3 5

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