既有铁路隧道受下穿引水隧洞近接施工影响预测

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1、万方数据第28卷，第4期中国铁道科学207年7月CHINARAILWAYSCIENCEV01．28No．4July，2007文章编号：1001—4632(2007)04—0029—05既有铁路隧道受下穿引水隧洞近接施工影响预测龚伦，仇文革(西南交通大学土木工程学院，四川成都610031)摘要：结合云南省盐津县白水江3级电站引水隧洞下穿内昆铁路手扒岩隧道的实际情况，采用三维数值模拟计算，对既有铁路隧道受下穿引水隧洞施工的影响和铁路隧道结构安全对策进行了研究。结果表明：引水隧洞施工对铁路隧道产生影响的范围与掘进方向有关，靠近铁路隧道侧为2D(D为引水隧洞的开挖洞径)，远

2、离铁路隧道侧为4．5D；铁路隧道纵向受影响范围为6．5D，横向受影响范围为3D。引水隧洞近接施工时，铁路隧道将发生类似扭转的变形，需在铁路隧道受影响范围内对隧道底板沉降、衬砌变形、衬砌横／纵向受力和两隧道交叉点的竖向振动速度进行监测，并对钢轨采用扣轨处理等措施，以确保铁路隧道结构及列车运行的安全。关键词：铁路隧道；引水隧洞；下穿隧道；变形影响；受力分析；结构安全；监测中图分类号：U456．3文献标识码：A随着我国对基础设施建设的需求不断增加[1]，地下空间的利用得到了空前发展，新建结构物邻近既有结构物的近接施工工程大量涌现。目前，国内外针对出现的地下工程近接施工已有

3、一定程度的个案研究[2-引。本文通过对云南省盐津县白水江三级电站引水隧洞下穿内(江)昆(明)铁路隧道(手扒岩隧道)的分析，进行铁路隧道受下穿引水隧洞施工影响的预测及对策研究。1工程概况云南盐津白水江三级电站引水隧洞与铁路线平面夹角为82。，从铁路隧道下穿过，平面相交处铁路隧道基底标高为465．551TI，引水隧洞洞顶外轮廓标高为452．49m，两隧道净距为13．061TI。手扒岩隧道建筑限界为隧限一2A，碎石道床，其断面尺寸：净高6．551TI、净宽4．91TI，衬砌C20混凝土厚度40cm(111级)，铺底厚度20cm。引水隧洞穿越灰岩、泥灰岩、砂岩等地层，圆形断

4、面尺寸：内径7．0I'13．、外径8．1m，衬砌C20混凝土厚度55cm。收稿日期：2006-02—20；修订El期：2007—01—27基金项目：国家自然科学基金资助项目(50578135)作者简介：龚伦(1974一)，男，重庆人，博士研究生。2理论计算影响范围对于上下交叉近接隧道工程的影响问题，主要考虑的是纵向效应。落入新建隧道弱影响区的既有隧道部分要考虑纵向效应；落入新建隧道强影响区的既有隧道部分除考虑纵向效应外，还要考虑横向效应。为了确定铁路隧道受引水隧洞近接施工产生影响的范围，根据泰沙基理论，通过引水隧洞外轮廓作45。斜线为地层中潜在的破裂滑移面，与铁路隧

5、道轴线相交以确定铁路隧道受纵向影响范围，以两交叉隧道的近接影响分区标准确定铁路隧道受横向影响范围，如图1所示。图1铁路隧道受引水隧洞施工影响的范围(单位：m)万方数据中国铁道科学第28卷由图1可知，铁路隧道受到的纵向影响范围是53．86m(约6．5D，D为引水隧洞开挖洞径，以下同)，横向影响范围是22．34m(约3D)。数值计算影响范围三维数值模拟计算能将时间和空间效应、地层和支护结构在施工过程中的力学效应和铁路隧道受引水隧洞施工的影响过程模拟出来，全面了解铁路隧道受引水隧洞近接施工产生的影响。3．1计算模型参照理论计算结果确定数值计算模型范围：左、右及下边界均取至

6、距引水隧洞边缘50m，上边界取至既有铁路隧道上方30rn，长度取120m。模型约束：前后、左右方向受水平约束，底面受竖向约束，顶面为自由面。计算模型划分为37008个单元，38711个节点；模型中铁路隧道和引水隧洞衬砌均采用弹性壳单元模拟，围岩地层采用弹塑性实体单元模拟，岩土体本构方程采用Drucker-Prager弹塑性非线性本构模型[10

7、，计算模型见图2。图2有限元模型3。2计算物理力学参数围岩和衬砌混凝土物理力学参数‘113见表1。表1混凝土的物理力学参数3．3计算荷载及施工步骤计算荷载主要考虑地层的自重应力和混凝土衬砌的重力，在顶面根据实际埋深施加竖向压力

8、。施工步骤中的岩体开挖与衬砌施作通过AN—SYS软件提供的单元“死(kill)”与“生(alive)”功能实现，完成对整个施工过程的动态模拟。计算中具体施工步骤为：形成初始地应力场一铁路隧道开挖及衬砌施作一引水隧洞第一步开挖及衬砌施作一⋯一引水隧洞最后一步开挖及衬砌施作。3．4计算结果及分析3．4．1对铁路隧道有影响的引水隧洞施工范围铁路隧道上与引水隧洞立体相交点的沉降与距引水隧洞掌子面(以下简称掌子面)的水平距离(以下简称距离)关系曲线如图3所示。j。⋯弋．0．04“＼0．08‘‰帆它图3交叉点沉降与距掌子面距离关系曲线掌子面在距铁路隧道15m处沉降为0．00