既有隧道近接施工安全影响探析

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摘要：本文以通过建立三维有限差分模型，模拟铁路隧道安全影响范围内的近接施工过程，以隧道位移、安全系数指标评判其安全稳定性，从而指导施工，保障铁路运营安全。

关键词：隧道；有限元分析；近接施工；安全评估

新建绿道工程由于施工中开挖扰动以及后期行车行荷载等因素，会引起下方观隧道衬砌受力改变，可能导致下方大观隧道衬砌发生移动或变形，影响铁路正常运营。因此，评估新建绿道施工对隧道结构影响程度，从而对绿道施工提出合理性意见，对危险部位事先采取防范措施，规避风险，这是本次分析的目的与意义。

1安全评判标准

根据《铁路线路修理规则》(铁运[2006]146号部令)中轨道几何尺寸偏差要求，从保守角度考虑，确定大观隧道影响段变形控制标准值如下：边墙水平位移控制值3.0mm；隧道拱顶、仰拱沉降累计值不得超过3.0mm。在上跨道路施工中，变形达到上述变形控制值70%时，进行变形预警控制。隧道钢筋混凝土衬砌结构安全系数的选取参照《铁路隧道设计规范》(TB10003-2016)。

2计算模型及选取参数

2.1计算模型。本次计算范围选取为：上部至地表，下部取至隧道仰拱以下30m。左右各取50m；衬砌几何参数按既有设计选取；围岩物理力学参数依据隧道地勘报告。2.2荷载参数。新建6m的宽一级绿道，在铁路隧道左上方，铁路防护范围内，一级绿道的人行荷载5.0kN/m²，紧急情况救援车辆荷载城-A级，荷载取城-A级。2.4施工过程模拟。隧道及道路施工过程模拟：（1）隧道全断面开挖并支护；（2）隧道上方工点施工及施加荷载。

3既有隧道安全影响分析

3.1既有隧道开挖后安全分析。对隧道二衬弯矩、轴力进行计算，隧道衬砌结构安全系数如下：为183KN。衬砌结构弯矩均比较小，在拱顶和仰拱范围内，衬砌内侧受拉，其最大值为1.58KN.m，其他部位为外侧受拉，在左墙角达到最大值，为2.40KN.m。隧道衬砌结构安全系数较大，最小值出现在左墙角部位，其值为22.2，大于规范规定安全系数。因此，可以判定：隧道衬砌结构在无其他荷载或施工扰动的情况下结构是偏于安全的。3.2近接施工影响分析。隧道上方新建6m宽绿道工程施工并施加荷载后，整理数据可得：隧道围岩应力主要集中在左右拱脚处，最小主应力量值可以达到-0.46Mpa，最大主应力出现在隧道左拱脚处，其值可以达到-1.18Mpa；最大竖向位移在左拱肩处，为0.85mm，最大横向位移发生在左墙角。经过提取并计算，隧道衬砌结构安全系数如下：隧道衬砌内力变化规律：轴力从左拱肩向两侧逐渐增大，。左墙角出现最大轴力，其值为252KN，出现偏压现象。衬砌结构弯矩均比较小，在拱顶和仰拱范围内，衬砌内侧受拉，其最大值为2.11KN.m，其他部位为外侧受拉，在左墙角达到最大值，为3.29KN.m。隧道衬砌结构安全系数较大，最小值出现在左墙角部位，其值为14.9，大于规范规定安全系数。因此，可以判定：隧道衬砌结构在施工扰动的情况下结构是偏于安全的。为便于分析新建绿道作用后对既有隧道衬砌结构位移的影响，特别新建绿道作用时对隧道衬砌结构竖向位移、横向位移进行了列表分析，见下表：

4结论

本文通过建立三维模型，模拟了大观隧道安全影响范围内的近接施工过程，并且以隧道位移、安全系数等指标评判其安全稳定性，得到以下结论：1、隧道最大横向位移为0.26mm，水平位移远小于控制值3mm，结构安全；2、隧道最大竖向位移为0.84mm，远小于控制值3mm，结构安全；3、在新建绿道施工并投入使用后，隧道衬砌结构结构安全系数仍满足规范要求；

参考文献：

[1]陈卓,孔超.地铁车站隧道群近接既有桥梁结构施工的安全影响分析[J].现代隧道技术,2018,55(S2):1235-1242.

作者:尚明源 单位:核工业西南勘察设计研究院有限公司