既有隧道上方修建力学分析轻轨车站的

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1、既有隧道上方修建力学分析轻轨车站的摘　要　研究了在既有隧道上方修建轻轨车站的方案。采用荷载2结构模型及连续体模型对轻轨车站进行了力学计算分析,确定了方案的可行性。对轻轨车站实施过程中有关既有隧道的保护以及轻轨车站的设计和施工提出了切实可行的措施。关键词　既有隧道,隧道保护,轻轨车站,施工设计,施工监控1　工程概况1.1　既有隧道概况某轻轨车站座落于一条长128m的隧道上方。该隧道为双洞双向四车道城市道路隧道,单洞隧道宽13.94m,高9.15m,两洞之间的岩柱宽5.8m。隧道南北两端分别设有6～10m的明洞。洞身初期支护为喷锚支护,喷射砼标号为

2、C25,厚15cm,钢筋网<820cm×20cm。<22超前支护锚杆长4m,环向间距0.5cm,搭接段水平投影长度不小于1m;<22径向支护锚杆长3m,环向间距1m。超前锚杆、径向锚杆均采用梅花型布置。另外,Ⅲ类围岩地段增设格栅钢架支撑,中至中间距为0.5m。模筑砼衬砌标号为C20。Ⅲ类围岩地段模筑衬砌厚60cm,Ⅳ类围岩地段模筑衬砌厚45cm。隧道衬砌断面见图1、2。两端洞门端墙采用M7.5号水泥砂浆砌条石砌筑,其表面采用斧剁石饰面。仰坡采用挂网喷射砼。喷射砼标号为C25,厚15cm,钢筋网<820cm×20cm。&l

3、t;22锚杆长3～3.5m,间距1m×1m,呈梅花型布置。该隧道于2000年6月建成通车。图1　Ⅲ类围岩衬砌断面图2　Ⅳ类围岩衬砌断面1.2　轻轨车站概况该轻轨车站为地面一层(局部带夹层),侧式站台车站,修建于既有隧道顶的山坡上。原隧道上方岩层覆盖厚度9～18m。轻轨车站将直接座落于隧道上方。修建轻轨车站时需掘除隧道上方部分岩层,建成后,隧道上方的岩体覆盖厚度约8m左右。拟修建的轻轨车站长120.6m,车站总宽为42.3m,站台部分标准段宽为14.9m;车站南北向布设,站位附近为居住区及城市型商业金融用地;车站东西两侧为阳光花园小区、园丁小区、

4、翠湖花苑、陶瓷市场等。车站标准段建筑横剖面见图3。图3　车站建筑横剖面图1.3　工程地质及水文地质隧道洞顶表层为第四系残坡积粉质粘土(Q4el+dl),呈褐色、紫褐色,可塑状态,一般厚0～1.0m;下伏岩层为侏罗系中统沙溪庙组的砂质泥岩(J2s),呈紫色、紫褐色,粉砂泥质结构,巨厚层状构造,含钙质结核、砂质条带、团斑。上部强风化层厚1～2m,其岩体破碎,完整性差;下部中风化层强度较高,裂隙不发育,完整性较好,其岩石室内单轴自然抗压强度为6.6～11.9MPa,饱和抗压强度为4.1～7.5MPa,内摩擦角为39.6°～41.1°,内聚力为1.8～

5、2.2MPa,抗拉强度为0.4～0.6MPa,变形模量为1500MPa,弹性模量为1800MPa,泊松比为0.34。隧道围岩为Ⅲ～Ⅳ类(本隧道围岩分类标准按《公路隧道勘测规程》(JTJ063-85)附录三划分,与现有规范对隧道围岩的分类标准有所不同)。隧道区地貌为构造剥蚀丘陵地貌,丘顶呈脊状东西向延伸,地表水排泄条件好。隧道区表层土薄,下伏岩层为砂质泥岩,其隔水性好,节理不发育,无地下水运移、储存空间。强风化层薄,岩基面陡,地表水渗入地下很快顺岩面排出,在土层及风化层中局部可形成上层滞水。上层滞水受季节性影响大,久旱干枯。水文地质条件简单,地下

6、水量极其微弱。2　数值计算分析在结构静力计算分析中,采用两种力学模型对轻轨车站建成后的状况进行力学分析。2.1　荷载—结构模型假设衬砌为弹性梁,梁的变形为小变形。将衬砌离散为多个等厚直杆单元,计算中计及基底不均匀沉陷的影响,用布置于各节点上的弹簧单元来模拟围岩与衬砌间的相互约束。假定弹簧不承受拉力,即不计围岩与衬砌间的粘结力,弹簧受压时的反力Ri即为围岩对衬砌的弹性抗力Ri=kiXi(式中i为节点码;Xi为弹簧的压缩位移;ki为弹簧的弹性系数,Ri=Klib,其中K为围岩弹性抗力系数,li为抗力作用范围,b为结构纵向计算宽度)。按浅埋隧道计算隧

7、道衬砌所受的荷载:垂直压力q=γh式中:γ为围岩重度,kN/m3;h为洞顶至地面高度,m。水平压力Ei=γhiλtgβ-tg<g其中λ=tgβ[1+tgβtg<g]tgβ=tg<g+tg2<g+1式中:λ为侧压力系数;<g为围岩计算摩擦角;β为产生最大推力时的破裂角;hi为任意点至地面的距离m。结构计算时计及衬砌自重。拟建轻轨车站及已建地面建筑物作为地面超载作用于地面。边墙基础弹性固定,只产生竖向和转角位移,而不产生水平位移。分析时将基底水平方向给以刚性约束,竖向和转角方向用弹性支座单元给以弹性约束。结构计算模型见

8、图4。计算得到的衬砌断面弯矩和轴力图分别见图5、6。按现行隧道规范判定砼衬砌结构的强度安全系数满足要求。图4　荷载—结构计算模型图5　衬砌断面弯矩图2