地表面交通荷載對淺埋隧道施工影響的研究

山西省交通規劃勘察設計院 陳汝先 劉天亮

地表面交通荷載對淺埋隧道施工影響的研究

山西省交通規劃勘察設計院 陳汝先 劉天亮

結合某實際工程,通過三維動力分析,研究隧道施工中拱頂與地表面的豎向位移和力學特性、支護結構的受力和安全可靠性,為交通荷載作用下淺埋隧道施工中的力學性狀問題的進一步研究提供一定的理論依據和參考作用。

淺埋隧道交通荷載影響

隨著城市化進程的加快,城市人口和車輛的增長,很多城市道路越拓越寬,但是仍然滿足不了需要。城市中新建地下人行通道、地下行車通道已經成為解決城市交通擁擠的一種重要手段,其保證了城市交通的暢通和行人的安全,同時也美化了市容。但是目前對于城市地下通道施工中路面汽車荷載對施工影響方面的研究甚少,本論文以廈門市湖光路下穿嘉禾路連接明發商業廣場地下行車通道淺埋暗挖段工程為依托,特對此進行了研究。

一、工程概況

該工程為廈門市湖光路下穿嘉禾路連接明發商業廣場的地下行車通道,該通道暗挖段長42米,通道凈寬6.6米,橫穿嘉禾路八車道公路,通道頂板距路面3米左右,屬于淺埋隧道類型。開挖方式全斷面機械開挖,支護方式:長管棚、鎖腳錨管加復合式襯砌。開挖進尺為2米。通道所處地質分布及其特征:經鉆探揭露,擬建場地內巖土層自上而下為雜填土、粉質粘土、殘積粘土、全風化花崗巖、強風化花崗巖。

二、交通荷載模型

本文只考慮穩態簡諧荷載,以城市A、B級公路橋梁荷載布置圖為以依據,考慮了將荷載簡化為兩軸軸距為3.6米,輪距1.8米,輪重分別為30、50、70KN,車速分別為20、40Km/h的理想車輛荷載。車速為20Kkm/ h、40Kkm/h,穩態簡諧荷載時程曲線見圖1、圖2。

圖1 車速為20km/h穩態簡諧荷載時程曲線

圖2 車速為40km/h穩態簡諧荷載時程曲線

三、三維簡諧荷載分析

1.主車道下通道開挖第一進尺結果

(1)通道頂板最高處節點豎向位移響應分析

圖3 20km/h通道頂板最高處節點豎向位移時程

圖4 40km/h通道頂板最高處節點豎向位移時程

(2)地面節點豎向位移響應分析

圖5 20km/h地面處節點豎向位移時程

圖6 40km/h地面處節點豎向位移時程

(3)通道頂板最高處節點主應力響應分析

圖7 20km/h通道頂板節點主應力時程曲線

圖8 40km/h通道頂板主應力時程曲線

從以上結果可以看出,在主車道下通道開挖第一進尺主車道在簡諧荷載作用下,同一車速不同重量的車通過時對通道開挖的影響是不同的,車愈重通道開挖時應力、位移愈大;不同車速同重量的車通過時對通道開挖的影響是也不同的,車愈快通道開挖時應力、位移愈大。

2.主車道下通道開挖第二進尺結果

(1)通道頂板最高處節點豎向位移響應分析

圖9 20km/h通道頂板最高處節點豎向位移時程

圖10 40km/h通道頂板最高處節點豎向位移時程

(2)地面節點豎向位移響應分析

圖11 20km/h第二進尺地面處節點豎向位移時程

圖12 40km/h第二進尺地面處節點豎向位移時程

(3)通道頂板最高處節點主應力響應分析

圖13 20km/h通道頂板節點主應力時程曲線

圖14 40km/h通道頂板主應力時程曲線

從以上結果可以看出,在主車道下通道開挖第二進尺主車道在簡諧荷載作用下,同一車速不同重量的車通過時對通道開挖的影響是不同的,車愈重通道開挖時應力、位移愈大;不同車速同重量的車通過時對通道開挖的影響也是不同的,車愈快通道開挖時應力、位移愈大。

四、結論

(1)同一車速不同車重情況:重車通過時對通道的開挖影響較大,通道頂板節點和路面節點的位移、應力值明顯大于輕車的。

(2)同一車重不同車速情況:快車通過時對通道的開挖影響較大,通道頂板節點和路面節點的位移、應力值都明顯大于慢車的。

(3)同一車重、同車速、不同進尺情況:開挖第二進尺時,通道頂板節點和路面節點的位移、應力值都明顯大于第一進尺的。

(4)通過對該工程進行三維的動力分析,驗證了原設計單位提供的設計與施工方案的可行性.

五、建議

在施工過程中,車輛通過的速度加以限制,控制在40km/h之內;在施工過程中,對通過車輛進行限載,車輛輪重控制在100kN之內;在開挖主車道下的通道時,開挖后要及時施作初次支護,及時封閉開挖面;同時,盡可能限制主車道下通道開挖時路面車輛的車速、車重和車流量;建議在施工過程中通道上部路面鋪設鋼板同時限制車速,鋼板鋪設范圍沿通道軸線向兩邊各10米左右。

[1]公路隧道設計規范(JTJ026-90)[M].人民交通出版社,1990

[2]城市橋梁設計荷載標準(CJJ77-98)[M].人民交通出版社,1990

[3]孫鈞.地下工程設計與實踐[M].上海:上海科學技術出版社,1996