新建车行横通道对既有隧道结构的影响研究

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1、公路隧道2014年第4期(总第88期)新建车行横通道对既有隧道结构的影响研究李科胡学兵郭军。(1．招商局重庆交通科研设计院有限公司重庆400067；2．公路隧道建设技术国家工程实验室重庆400067)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

2、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发育。其中，侏罗系出露厚度最大、分布最广，3叠征复杂，交叉洞施工力学与相应的施工技术是隧道系次之，2叠系最少。工程中的难点_】]。新建隧道施工过程中，横通道岩性有灰岩、白云岩、盐溶角砾岩、泥灰岩、泥开挖引起的主要问题是围岩力学状态的改变，衬砌岩、砂岩等。灰岩、白云岩、泥灰岩、角砾岩等碳酸结构可在围岩应力释放一定程度后施作，因而隧道岩盐主要出露

3、于背斜轴部，呈长条状展布；砂岩、泥结构受力可处于安全状态_3]。但随着交通量与交岩等主要出露于背斜两翼，分布面积相对较大。通需求的增大，一些既有隧道需要改造与扩建，而1．3新旧隧道横通道设置状况新建车行横通道与既有隧道相连，不仅将改变围岩既有隧道车行横通道设置于隧道普通段，人行的力学状态，还会破坏隧道衬砌结构，因此，掌握新横通道设置于隧道紧急停车带中部。建工程对既有隧道结构受力状态的影响，便可为设新建隧道共设置紧急停车带12处(左右洞各6计与施工提供理论支撑[6]。处)，设置于既有隧道紧急停车带对应位置；车行

4、横本文以某高速公路新建复线隧道与既有隧道通道l2处(左右洞各6处)，设置于紧急停车带位间新建车行横通道施工为工程背景，采用三维有限置，按双车道设置；人行横通道14处(左右洞各7元对新建车行横通道引起的既有隧道结构受力与处)，设置于隧道普通段；车行、人行横通道分别以变形变化特征进行分析，为采取有针对性的工程措9O。与左、右线隧道相交。施提供依据。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。1工程概况2隧道设计方案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选取1

5、2个车行横通道中地质条件最差的右3隧道间距约50m，暗挖段采用新奥法原理设计，复车行横通道进行计算评估。该车行横通道位于新合式衬砌结构；高压富水及与车、人行横通道交叉建隧道YK4+145、既有隧道JYK4+157．34处。口地段采用钢筋混凝土加强衬砌。隧道净宽9m，右3车行横通道断面处，既有隧道围岩等级为其组成为0．75m检修道+2×3．75m车行道+0．75mⅡ类，主要为黑色炭质页岩夹泥质页岩、泥质粉硬检修道，净高5m。2座隧道之间设置3处车行横通岩，岩层很破碎，节理极为发育，断层涌水很大，但道、6处人行横

6、通道及6对紧急停车带。流量逐减；新建隧道围岩等级为V级，以燧石灰岩为满足运营需要，需对既有隧道进行扩容，扩容为主，溶洞、溶隙发育，且有瓦斯气体涌处，断层影方案为在既有隧道两侧新建2个单洞2车道隧道。响带范围岩体破碎，围岩自稳能力差，且地下水十1．2工程地质条件分发育，瓦斯涌出量大，围岩严重受断层影响，龙潭工程区地层主要为海相与浅海相碳酸岩盐、碎组煤系地层中瓦斯易沿溶隙、裂隙涌出。屑岩和内陆相碎屑岩沉积。出露的地层除白垩系、右3车行横通道与既有右线隧道及其人行横通第3系缺失外，自2叠系至第4系均有不同程度的道的

7、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1O。塑性区主要分布在右3车行横通道与既有及围岩塑性区增大。右线隧道交界线周边，以及既有隧道拱肩、拱腰与参考文献边墙脚区域。原人行横通道纵断面围岩塑性区范围增大。E1]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，2007，28(2)：247—252．5结论E2]李玉峰，彭立敏，雷明锋．交叉隧道工程设计施工技术研本文以某高速公路新建复线隧道为例，对新建究进展EJ]．铁道科学与工程学报

8、，2o14，ll(1)：67—73．[3]罗彦斌，陈建勋，王梦恕．隧道斜交横通道施工对主隧道车行横通道对既有隧道结构的影响进行了分析研衬砌结构的影响研究EJ-]．岩石力学与工程学报，2010，究，并得到如下结论。29(增2)：3792—3798．1)新建车行横通道破坏了既有隧道围岩拱效应[4]靳晓光，李晓红．深埋交叉隧道动态施工力学行为研究后，在交叉部位会出现应力集中，既有隧道衬砌结构[J]．重庆建