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高速鐵路淺埋大跨度隧道下穿公路施工安全性分析

文檔作者：潘曉明文檔來源：深圳市地鐵集團有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年11月19日
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第42卷第9期
2015年9月
探礦工程(巖土鉆掘工程)
Exploration Engineering f Rock&amp;amp; Soil Drilling and Tunneling1
Vo1．42 No．9
Sept．2015：72—75
高速鐵路淺埋大跨度隧道下穿公路施工安全性分析
潘曉明
(深圳市地鐵集團有限公司，廣東深圳518026)
摘要：成都至貴陽客運專線南廠溝淺埋大跨度隧道下穿公路，重載車輛繁多，對隧道施工安全及道路行車安全造成
威脅。采用FLAC 軟件分別對無行車條件下和行車荷載作用下施工過程進行了數(shù)值模擬，對比分析了兩種工況
下的受力及變形，結(jié)果表明，行車荷載對該隧道施工影響較小。下穿施工過程及監(jiān)測數(shù)據(jù)分析表明，南廠溝隧道下
穿公路數(shù)值模擬是合理的，為順利施工提供了有益指導(dǎo)。
關(guān)鍵詞：淺埋大跨度隧道；下穿公路；行車荷載；南廠溝隧道
中圖分類號：U455．4 文獻標識碼：B 文章編號：1672—7428(2015)09—0072—04
Analysis on Construction Safety of Shallow Large-span Tunnel Passing through the Road for High·-speed Railway／
PAN Xiao—ruing(Shenzhen Metro Group Co．，Ltd．，Shenzhen Guangdong 518026，China)
Abstract：In the construction of Nanchanggou shallow large—span tunnel which passed through the road for the passenger
dedicated line of Chengdu to Guiyang，various heavy vehicles posed threat to the tunnel construction and road trafic safety．
FLAC was used for numerical stimulation of construction progress under the conditions of no traffic and with trafi c load re—
spectively to analyze the stress and deformation under the different working conditions．The results showed that the trafi c
load had little effect on the tunnel construction．The analysis on the tunnel passing process and the monitoring data show
that the numerical stimulation of under—passing Nanchanggou tunnel is reasonable，which provides useful guidance for con—
struetion．
Key words：shallow large—span tunnel；under—passing road；trafic load；Nanchanggou tunnel
0 引言
隨著交通建設(shè)的快速發(fā)展，近年來涌現(xiàn)了大量
的鐵路隧道下穿公路的工程。礦山法隧道開挖施工
不可避免地對地層造成擾動，引起地層沉降¨ j，極
有可能對公路結(jié)構(gòu)造成破壞。同時，公路行車荷載
對隧道施工也會造成一定的影響 J。因此，下穿
隧道施工與公路行車相互影響，而淺埋大跨度隧道
與重載行車的相互作用將更為明顯。分析隧道下穿
施工對公路的作用及公路行車荷載對隧道施工的影
響，對保證隧道施工及路面行車安全均具有重要意
義 。
本文針對成都至貴陽客運專線南廠溝隧道下穿
公路，采用數(shù)值方法分析了隧道下穿施工與公路行
車之間的相互作用與影響，并與下穿施工期問的監(jiān)
測數(shù)據(jù)進行了對比。
1 工程概況
成都至貴陽客運專線南廠溝隧道起訖里程
DK101+805～DK104+980，全長3175 m，為雙線隧
道，隧道進口段938．857 m位于R一9000的右偏曲
線上，出口段2236．143 m位于直線上。隧道開挖斷
面140 m ，下穿段埋深13 m，為淺埋大跨度隧道。
隧道位于四川I省宜賓縣古柏鄉(xiāng)，屬四川I省與云
南省交界處，山地密林，鄰近岷江，降雨量豐富，無強
風(fēng)，年平均氣溫22 c【=。隧道地處川南紅層丘陵，圍
巖為白堊系上統(tǒng)高坎壩組(K，gk)厚層至巨厚層泥
質(zhì)砂巖，泥質(zhì)砂巖為粉細粒結(jié)構(gòu)，泥質(zhì)及鈣質(zhì)膠結(jié)，
厚層狀構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀平緩，產(chǎn)狀約N70。E／6。SW，
層理面為最發(fā)育的結(jié)構(gòu)面，結(jié)合程度一般，多為泥質(zhì)
充填；另外主要發(fā)育有一組次生結(jié)構(gòu)面，其傾角約
75。，結(jié)構(gòu)面呈閉合狀，多為泥質(zhì)或鈣質(zhì)充填，結(jié)合程
度一般；由于層面產(chǎn)狀近水平，強度較低，再加上巖
層中夾有軟弱層，開挖在支護不及時的情況下可能
導(dǎo)致掌子面上部及拱頂圍巖發(fā)生掉塊或坍塌。掌子
面巖體主要為中一強風(fēng)化砂巖，磚紅色，錘擊聲不清
脆，無回彈，屬較軟巖。
收稿日期：2015—04一l1
作者簡介：潘曉明，男，漢族，1979年生，從事巖土及隧道結(jié)構(gòu)方面的研究工作，廣東省深圳市福田區(qū)福中一路lO16號地鐵大廈
pxm l551 38@ 163．con 。
第42卷第9期 潘曉明：高速鐵路淺埋大跨度隧道下穿公路施工安全性分析 73
公路為當?shù)剜l(xiāng)村公路，寬度為4．5 113，隧道下穿
段起訖里程為DK101+975．8—995．2，長度為19．4
nl，且該段屬淺埋段，最小埋深13．68 in。
2 隧道設(shè)計支護參數(shù)及施工方法
2．1 隧道設(shè)計支護參數(shù)
隧道結(jié)構(gòu)采用復(fù)合式襯砌，開挖斷面為148．2
in ，初期支護由噴射混凝土、鋼架、錨桿及鋼筋網(wǎng)組
成，并超前小導(dǎo)管等輔助支護措施，充分調(diào)動和發(fā)揮
圍巖的自承能力。設(shè)計為V級圍巖，V c型復(fù)合式
襯砌類型，全環(huán)支護，具體參數(shù)如表1所示。
表1 南廠溝隧道Vc型復(fù)合支護設(shè)計參數(shù)
支護段別 支護參數(shù)
初期支護
中空注漿
錨桿
直徑／mm 22
長度／m 4．0
間距／m 1．2(環(huán))×1．0(縱)
鋼筋網(wǎng)／(cnl×cm) 8 mm，間距20×20
鋼架 I 20b工字鋼架，間距0．6 nl
C25噴射混凝土／era 拱、墻、仰拱，厚度28
2．2 隧道施工方法
南廠溝隧道下穿施工便道區(qū)域采用超前小導(dǎo)管
進行預(yù)支護，臺階法(設(shè)臨時仰拱)開挖，分上下臺
階開挖，開挖掘進兩個工作面同時進行。開挖循環(huán)
上臺階進尺控制在一榀鋼架，下臺階進尺控制在兩
榀鋼架，仰拱開挖控制在3 1TI內(nèi)。
上部導(dǎo)坑、下導(dǎo)及仰拱采用控制爆破開挖，以保
護圍巖；各部之間的間距3～10 In。各部開挖后及
時封閉掌子面，噴、網(wǎng)、錨及鋼架聯(lián)合支護作業(yè)，施作
臨時仰拱。拱腳、下導(dǎo)墻角增設(shè)鎖腳錨管，初期支護
及時成環(huán)。各部實行平行作業(yè)。
臺階法設(shè)臨時仰拱施工工序見圖1。
3 下穿施工三維數(shù)值模擬
3．1 計算模型
本文采用FLAC如軟件進行下穿施工的三維數(shù)
值分析 j。根據(jù)巖石力學(xué)原理，對于地下工程的結(jié)
構(gòu)分析圍巖可選用3倍或以上洞徑范圍作為有限元
分析的模型范圍。本次計算，圍巖選取范圍以隧道
⑩ ② 一1
．
導(dǎo)管
錨桿
㈣
圖1 臺階法臨時仰拱法施IT序
中線為基準，左側(cè)、右側(cè)延伸到40 m；上部延伸到地
表；下部延伸到隧道仰拱以下30 m。隧道左右有水
平約束，下部有垂直約束，前方和后方均有垂直其面
的約束。計算中，用六面體實體單元及四面體實體
單元模擬圍巖，用殼單元模擬初期支護，用梁單元模
擬臨時仰拱。隧道計算模型中實體單元總數(shù)為
123614個，總節(jié)點數(shù)為131352個(如圖2所示)。
圖2 數(shù)值計算模型
3．2 參數(shù)及荷載取值
3．2．1 有限差分數(shù)值模擬計算參數(shù)
本次計算根據(jù)《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》(TB
10003-2005)對圍巖及不同標號混凝土的物理力學(xué)
參數(shù)取值，對于初期支護及臨時支護內(nèi)的工字鋼按
等效剛度簡化，隧道中墻內(nèi)鋼筋也按等效剛度進行
簡化。全部土層參數(shù)及等效后隧道支護物理力學(xué)參
數(shù)詳見表2。
3．2．2 荷載計算方法
由于隧道下穿施工便道，因此應(yīng)考慮上方重載
貨車荷載。根據(jù)《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》(TB 1o003—
2005)，計算施工便道混凝土路面永久荷載和汽車
動荷載對隧道的豎向作用的荷載組合，假定汽車荷
載在道路平面上的橫向分布寬度為2．5 m，可按下
式進行計算：

第42卷第9期 潘曉明：高速鐵路淺埋大跨度隧道下穿公路施工安全性分析 75
圖7 兩種工況下地表橫斷面沉降曲線
綜合上述分析，可以認為，該隧道下穿施工引起
的地表沉降在安全范圍內(nèi)，行車荷載對隧道施工影
響較小，可以正常施工。
5 下穿施工變形監(jiān)測分析
下穿施工過程中，對地表沉降、拱頂下沉及凈空
收斂進行了監(jiān)測。該段共設(shè)5組監(jiān)控斷面，選取地
表沉降及拱頂下沉數(shù)據(jù)最大值的DK101+985斷面
為例。斷面DK101+985拱頂下沉量穩(wěn)定在30 mm
左右，地表沉降量穩(wěn)定在10 mm左右(參見圖8)。
監(jiān)測結(jié)果明顯小于數(shù)值模擬結(jié)果，這是由于數(shù)值模
擬考慮了開挖初期應(yīng)力釋放造成的圍巖變形，而監(jiān)
測數(shù)據(jù)由于測點埋設(shè)的滯后性(初噴完成后)導(dǎo)致
了沉降量變小。
星
＼
世
圖8 DK101+985斷面拱頂下沉與地表沉降
施工過程中拱頂沉降與地表沉降均在合理范圍
內(nèi)，隧道初支未出現(xiàn)明顯變形，地表道路也未出現(xiàn)開
裂現(xiàn)象。
6 結(jié)論
(1)數(shù)值模擬結(jié)果表明，考慮行車荷載時最大
地表沉降為17．6 mm，不考慮行車荷載時最大地表
沉降為14．8 mm。車輛通行條件下，隧道開挖引起
的地表沉降變形會增大，沉降槽寬度也略有變寬，即
行車荷載對隧道施工引起的地表變形存在一定影
響，施工期問應(yīng)加強對地表沉降的監(jiān)測。
(2)從整體變形及應(yīng)力分析結(jié)果來看，在行車
荷載作用下，隧道施工過程中圍巖周邊僅有小范圍
土層出現(xiàn)塑性，地表沉降量增加較小，隧道施工產(chǎn)生
的拱頂沉降和地表沉降均在安全范圍內(nèi)，行車荷載
對隧道施工影響較小，可以正常施工。
(3)下穿施工過程中的拱頂下沉及地表沉降的
監(jiān)測值均在數(shù)值分析控制范圍內(nèi)，驗證了數(shù)值分析
的正確一l生
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