新建道路与既有高速公路隧道立体交叉安全性评价_高登.pdf
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1、福建交通科技2023年第1期随着福建省公路、铁路的高速发展,路网密度不断增加,与之伴随的是愈来愈多的道路与隧道相互立体交叉,而如何在立体交叉工程中,保证既有隧道安全运营,同时完成上跨工程的建设,受到业界越来越多的关注。对于既有隧道,工程中最为重要的就是隧道安全性。而在交叉工程中隧道安全性主要考虑2点:(1)新建工程修建时,既有隧道衬砌的轴力与弯矩是否在承载能力范围内;(2)新建工程修建时,既有隧道的纵向沉降和曲率是否符合要求1。而对于新建道路工程,其上跨方式亦有2种:(1)路基直接上跨;(2)桥梁间接上跨。前者造价低、工期短,但对既有隧道影响较大;后者造价高、工期长,但仅在桩基施工期间对既有隧
2、道有影响2。高立文等3以新建公路上跨既有高速公路隧道工程为研究对象,通过数值模拟理论分析公路路基施工时和建成后运营工况对既有隧道结构的影响,研究分析得出路基开挖施工对隧道周边围岩有一定的扰动,导致隧道周边围岩应力二次重分布,对运营隧道有一定的影响。张婷4以宝丰隧道为依托,结合路线设计与隧道立交的空间位置关系,采用三维数值仿真的方法,模拟分析路基施工对下伏既有隧道的影响程度;通过有限元数值模拟计算,在隧道结构净覆土6 m时,结构最大水平位移为5.79 mm,略大于规范要求的5 mm,路基开挖卸载会对隧道结构安全造成一定影响,需通过对隧道周边土体采取预加固、控制路基施工过程。基于此,本文以厦门环山
3、路上跨厦沙岩内隧道为例,使用有限元分析软件MIDAS/GTS,建立环山路上跨厦沙岩内隧道交叉段数值模型,并对其进行数值计算分析,讨论路基直接上跨对既有隧道的沉降和衬砌状态的影响,对岩内隧道的进行安全性评估并提出相应的措施。1工程概况环山路起点位于厦门北站北广场,路线由西往东,K0+000K1+140段为双向四车道,路基宽度24 m。在K0+387上跨厦沙高速公路岩内隧道左洞,交角66576,隧道左洞洞顶与环山路高程差约5.4 m,交叉处离左洞出口342 m;在K0+355上跨厦沙高速公路岩内隧道右洞,交角702713,隧道右洞洞顶与环山路高程差约4.6 m,交叉处离右洞出口331 m。其交叉处
4、平面关系如图1所示。图1环山路上跨岩内隧道平面关系示意图根据区域地质资料和地面调查,交叉处区域全新世以来无活动断裂,属构造稳定场地。隧道洞顶以上10 m范围内,岩土体主要由粉质粘土、残积低液限粘质土、全风化花岗岩构成,根据JTG D70-2004公路隧道设计规范洞顶围岩级别属级;洞身岩土体主要由残积低液限粘质土构成,洞身围岩级别属级。摘要为评价厦门环山路工程与厦沙高速岩内隧道立体交叉的安全性,采用有限元软件MIDAS/GTS进行数值计算,分析结果表明:隧道左右洞最大隆起变形分别为2.95 cm和2.75 cm,隧道二衬最大压应力小于C25混凝土弯曲抗压强度,但隧道二衬最大拉应力大于C25混凝土
5、轴心抗拉强度,且拱顶拉应力增量大于容许值,需对交叉段二衬采取加固措施。建议开挖环山路之前加固道路正下方隧道二衬各29.5 m。关键词隧道交叉工程二次衬砌围岩安全性有限元分析新建道路与既有高速公路隧道立体交叉安全性评价高登1,2(1.福建省高速技术咨询有限公司,福州350001;2.福建省高速公路工程重点实验室,福州350001)63FUJIANJIAOTONGKEJI福建交通科技2023年第1期2数值模拟分析2.1计算模型为了准确地模拟并分析环山道开挖对厦沙高速公路岩内隧道的影响,本次数值模型限界以上跨交叉中点为中心,在隧道横断面方向,即X轴方向取172 m宽,在隧道纵向方向,即Y轴方向取19
6、8 m长,在隧道基底方向,即Z轴方向取80 m深。数值模型除上边界外,其余边界距离交叉段区域均超过4倍隧道断面宽度,保证边界效应不影响数值计算结果。土层、道路和隧道采用三维实体单元模拟,本构模型为摩尔-库伦;隧道二衬采用板单元模拟,本构模型为弹性模型,围岩及二衬计算参数如表1所示。本数值模型除上边界外,其余边界均施加法向约束以保证计算结果的准确性。模型共划分44320个单元、23448个节点,网格模型如图2、3所示。表1围岩及支护计算参数材料材料属性弹性模量/MPa泊松比厚度/m比重/(kN/m3)粘聚力/kPa内摩擦角/()残积低液限粘质土C-M1.01030.4-172318C25钢筋砼(
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