軌道交通6號(hào)線中梁山段交叉上穿既有二巖鐵路隧道的數(shù)值模擬分析

鐘運(yùn)秋

【摘要】新建隧道開挖必然會(huì)對(duì)附件已建隧道產(chǎn)生不同程度的影響，影響過程是新建隧道、巖體和已建隧道三者共同作用的結(jié)果。本文采用MIDAS-GTS三維有限元模擬軟件分析了1號(hào)隧道上穿二巖鐵路隧道的施工全工程，對(duì)已建鐵路隧道的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行了分析。根據(jù)模擬的結(jié)果參照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，最后得出該工況下新建隧道對(duì)已建隧道的影響程度以指導(dǎo)施工。為今后類似工程提供參考

【關(guān)鍵詞】鐵路隧道；既有隧道；數(shù)值模擬；新建隧道

1 工程地質(zhì)

軌道交通六號(hào)線二期工程——中梁山隧道位于川東南弧形地帶，重慶華鎣山帚狀褶皺束東南部，其構(gòu)造骨架形成于燕山期晚期褶皺運(yùn)動(dòng)，構(gòu)造形跡呈北東、北北東向展布，屬新華夏構(gòu)造體系。隧址區(qū)穿越觀音峽背斜，次級(jí)構(gòu)造有白廟子斷層（F3）以及在背斜軸部及附近相伴生或派生的小褶曲、小斷層、節(jié)理裂隙、層間滑動(dòng)擦痕與破碎帶等。

2本文建立模型的基本假定

為了研究新建中梁山一號(hào)隧道近距離上穿越既二巖鐵路隧道的變形影響規(guī)律，本文擬建模型設(shè)定如下：

1、 隧道參數(shù)

（1） 新建一號(hào)隧道初噴設(shè)計(jì)厚度25cm，混凝土強(qiáng)度為C25。二襯厚度50cm，混凝土強(qiáng)度為C40。

（2） 已建鐵路隧道初噴厚度為20cm，混凝土強(qiáng)度為C25。二襯厚度40cm，混凝土強(qiáng)度為C40。

（3） 新建一號(hào)隧道與既有鐵路隧道空間夾角為93°，凈距取14.2m。

（4） 新建隧道為淺埋隧道，研究區(qū)域內(nèi)涉及到土、風(fēng)化巖、軟巖。

2、 巖層和材料參數(shù)

由該項(xiàng)目的地質(zhì)勘查報(bào)告，各層巖層和材料的物理力學(xué)參數(shù)如表2-1所示

3、 單元類型和網(wǎng)格數(shù)量

該模型假設(shè)土層、風(fēng)化巖、軟巖以及噴混都為連續(xù)介質(zhì)，所以采用實(shí)體單元來模擬。所建模型有限網(wǎng)格共 3220個(gè)單元，共 6350個(gè)節(jié)點(diǎn)。

本文采用MIDAS-GTS三維有限元軟件模擬新建隧道的開挖，具體工況步驟見表2-2所示

3實(shí)際施工數(shù)值模擬的結(jié)果和分析

3.1模型圖

依照以上設(shè)計(jì)和假定，本文模型如圖3-1、3-2所示

圖3-1 整體計(jì)算模型圖

圖3-2 兩隧道有限元計(jì)算模型圖

3.2既有鐵路隧道豎向位移分析

圖3-3為新建隧道貫通后即有二巖鐵路隧道Z方向豎直 沉降圖。由圖可知，在新建隧道開挖后即有鐵路隧道發(fā)生明顯的隆起變形，最大隆起發(fā)生在新建隧道穿越段的正下方，最大隆起量達(dá)到2.32mm。

圖3-3新建隧道貫通二巖鐵路隧道左右線豎向沉降圖

為了研究新建一號(hào)隧道近距離上穿既有鐵路隧道的豎向位移的影響規(guī)律，沿新建隧隧道開挖方向結(jié)合兩隧道的空間位移關(guān)系選取了四個(gè)施工工況進(jìn)行分析：一號(hào)隧道開挖里程CYK47+440～CYK47+421.1為工況一（未到達(dá)階段），一號(hào)隧道開挖里程CYK47+421.1～CYK47+441.1為工況二（到達(dá)階段），一號(hào)隧道開挖里程CYK47+441.1～CYK47+481.1為工況三（穿越階段），一號(hào)隧道開挖里程CYK47+481.1～CYK47+560為工況四（通過階段）。

圖3-4 即有二巖鐵路隧道左線Z方向位移圖

圖3-4 即有二巖鐵路隧道右線Z方向位移圖

4、結(jié)論

由圖3-3、3-4既有隧道豎向位移變形情況進(jìn)行分析對(duì)比，可以得出以下信息：

（1） 隨著新建隧道的開挖，既有鐵路隧道產(chǎn)生明顯的隆起變形且隆起量不斷增大。既有鐵路隧道左、右線的最大隆起量都發(fā)生在新建隧道貫通時(shí)，地鐵左線最大隆起量達(dá)2.34m，右線最大隆起量達(dá)2.3m。

（2） 既有鐵路隧道隆起變形呈拋物線型。

（3） 左右線工況一到工況四的變形趨勢(shì)幾乎相同。

由數(shù)值模擬可以知道，隨著新建隧道的開挖，既有二巖鐵路隧道的豎向位移量不斷的增大。其變化趨勢(shì)呈拋物線，不同的工況下變化趨勢(shì)基本相同，變化量略有不同。由數(shù)值模擬可以看出新建一號(hào)隧道對(duì)既有二巖鐵路隧道的影響主要以豎向位移為主。通過對(duì)工況的研究為以后類似工程提供參考價(jià)值。

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