隧道下穿高速公路施工方案可行性数值分析

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1、High公ways&路Aut与omoti汽veApp运lications第5期18220lO年9月隧道下穿高速公路施工方案可行性数值分析余晓琳，罗霞(华南理工大学土木与交通学院，广东广州510640)摘要：以某实际工程为例，对隧道下穿高速公路施工进行了平面及空间数值模拟，对其施工全过程的力学行为进行了分析；研究了该工程采用双侧壁导坑法及相应支护措施进行施工的可行性，分析了支护结构的受力性能、地表的变形受力特性及施工对地表(路面)沉降的影响。数值分析结果表明该隧道工程施工方案在理论上是可行的。关键词：隧道；浅埋隧道；高速公路；施工方案；数值分析中图分类号：U45

2、5．4文献标志码：A文章编号：167l～2668(2OlO)O5一O182一O4随着中国基础设施的大规模建设，铁路、公路等洞身初期支护为喷锚支护(喷射砼强度等级为C20，级大幅提高，路网密度日益增加，近年来在高速公路厚0．28m)，采用122a型钢钢架和108超前大管下出现了越来越多的各类穿越工程，浅埋隧道与高棚注浆加固支护，模筑衬砌砼为C25、厚0．5m。速公路相交就是其中一种比较常见的情况。施工过程中控制高速公路路面下沉，保证行车安全是该类『●，上隧道设计和施工的难点。该文通过对某隧道下穿高速公路的施工过程进行平面和空间数值模拟，分析其垂i开挖力学行为，为

3、类似工程的设计和施工提供参考。1工程概况图1隧道与高速公路纵向位置关系(单位：m)某隧道起讫里程为DK267+150．0一DK268+该隧道拟采用双侧壁导坑法下穿高速公路，其028．0，全长878．0m，最大埋深43m。该隧道在施工工序(如图2所示)：1)开挖与支护左侧导坑上DK267+531处下穿高速公路，隧道中线与高速公部1；2)开挖与支护左侧导坑下部2；3)开挖与支护路中线交角为38。(见图1)。隧址区地层岩性主要右侧导坑上部3；4)开挖与支护右侧导坑下部4；5)为第四系冲洪积层、第四系残坡积层、下伏基岩为燕开挖与支护中问导坑上部5；6)开挖与支护中间导

4、山中期花岗岩。隧道拱顶距既有高速公路路基面约坑中部6；7)开挖与支护中问导坑下部7；8)拆除临9．33In，隧道净高1O．831TI，净宽12．67m，交叉段时支撑；9)施作仰拱与回填；10)施作二次衬砌。[J]．重庆建筑大学学报，2008，30(2)．[8]徐必根，潘懿，唐绍辉．山岭隧道围岩力学行为数值模参考文献：[1]关宝树．隧道及地下工程[M]．成都：西南交通大学出拟研究[J]．化工矿物与加工，2007，36(12)．[9]朱赞成，华渊，吕宝华，等．金华山隧道施工力学数值模版社，2000．[2]张志强，许江，万晓燕．公路长隧道与横通道空间斜交拟与施工方法

5、优化[A]．第六届华东地区岩土力学与结构施工力学研究[J]．岩土力学，2007，28(2)．工程学术讨论会论文集[C]．2005．[10]朱正国．连拱隧道围岩压力计算方法与动态施工力学[3]王毅才．隧道工程[M]．北京：人民交通出版社，2000．[43邓永双．三车道连拱隧道施工引起围岩位移变化的数行为研究[J]．岩石力学与工程学报，2009，28(8)．值模拟[J]．铁道标准设计，2006(10)．[11]刘涛，沈明荣，陶履彬，等．连拱隧道动态施工模型试[5]GTJD7O一2004，公路隧道设计规范[S]．验与三维数值仿真模拟研究[J]．岩石力学与工程学[6]

6、莫勇勋．金鹗隧道施工过程的力学模拟分析[J]．公路报，2006，25(9)．与汽运，2006(4)．[7]靳晓光，李晓红．深埋交叉隧道动态施工力学行为研究收稿日期：2010一O8—12公路与汽运总第140期Highways&AutomotiveApplications183析模型网格见图3，初期支护与临时支护见图4。图2双侧壁导坑法开挖工序示意图图3平面分析模型局部网格示意图采用有限差分法对该隧道施工过程进行平面和三维分析，研究采用双侧壁导坑法及相应支护措施施工的可行性，分析支护结构的受力性能、地表变形受力特性及施工对地表(路面)沉降的影响。2平面分析2．1模

7、型的建立岩体开挖后，随着向岩体内部的深入，应力变化图4初期支护与临时支护平面分析模型幅度逐渐减小。按平面应变问题考虑，建立二维平面模型。模型计算域在水平方向上向左、向右各取2．2平面计算结果35m；竖直方向上，向下取30m，向上取至地表即高2．2．1围岩的应力分析速公路路面；左边界和右边界约束水平位移，上边界根据计算结果，围岩以剪切破坏为主，图5为双为自由边界，下边界约束竖向位移。侧壁导坑法各施工工序下围岩剪应力分布云图。计算中假设原岩应力为大地重力场，预支护中由图5可知：左、右两侧导坑开挖，剪应力在底注浆看作安全储备，计算中暂不考虑．力Ⅱ固围岩的大板的拐角处

8、集中，左、右墙脚的集中程度较大；中间管