鐵路路基上跨在建公路隧道的安全論證

何 達

(中國中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都 610031)

鐵路路基上跨在建公路隧道的安全論證

何 達

(中國中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都 610031)

渝黔鐵路童家溪——重慶西客車聯絡線上跨在建公路雙碑左、右線隧道，其路基與隧道頂部凈距約為16 m，根據公路產權方要求，上跨段應進行分析論證，以確保公路隧道的安全。文章針對新建路基對隧道的影響進行了計算和分析，其計算方法和結果分析對類似條件下，城市小凈距構筑物之間受力情況的評估具有相當的借鑒意義。

上跨; 淺埋隧道; 鐵路路基; 小凈距

1 工程概述

渝黔鐵路童家溪——重慶西客車聯絡線與既有公路雙碑隧道平面位置關系如圖1所示。新建渝黔鐵路于LtDK11+215(左線)及LtD1K11+245里程上跨既有雙碑隧道左右線，公路的對應里程為Kz6+390(左線)、K6+390(右線)。

圖1 渝黔鐵路與既有隧道平面位置

目前雙碑公路隧道已經完成主體施工，尚未交付通車。該隧道為大學城向東穿越歌樂山至雙碑的主要公路干線的控制工程，建成后交通流量大，維修和養護特別困難，加固和整修幾乎不可能，公路產權方要求鐵路路基的修建不得對公路隧道造成不利影響。由于鐵路路基上跨雙碑左右線隧道的情況相似，凈距也基本相同，因此本文選擇左線隧道進行重點分析和論證。左線隧道與鐵路路基關系見圖2。

圖2 渝黔鐵路與左線隧道關系剖面

2 渝黔線路基上跨雙碑左線隧道的襯砌結構安全影響分析

對于淺埋隧道，二次襯砌是主要承載結構，因此在分析渝黔線路基段對下部既有雙碑隧道影響時均以二次襯砌為對象而展開。初期支護僅作為安全儲備，不予考慮。上跨既有雙碑隧道段為挖方路基，本文針對挖方前后隧道結構受力進行分析，分析上部路基開挖對下部隧道結構受力的影響。選用有限元程序對鐵路路基開挖的前后階段進行了模擬，通過對比和分析來判斷鐵路路基的修建對公路隧道的影響。

2.1 數值計算模型

本文以局部變形理論為基礎，采用荷載-結構模型進行計算，具體計算如下：

(1)構件截面強度進行驗算，破損階段法；

(2)構件裂縫寬度驗算，正常使用極限狀態法。

圖3 荷載-結構模式(上部鐵路路基施工前)

圖4 荷載-結構模式(上部鐵路路基施工后)

破損階段強度檢算：考慮永久荷載及活載。其中永久荷載包括結構自重、圍巖主動土壓力，活載考慮列車及軌道荷載。圍巖主動土壓力按《鐵路隧道設計規范》(TB10003-2005，J449-2005)附錄C計算；列車及軌道荷載按照《鐵路路基設計規范》(TB1001-2005)附錄A計算，彈性反力按《雙碑隧道工程地質勘察報告》(重慶市勘測院)選取。其中，基底圍巖抗力系數考慮提高效應，提高系數按1.25考慮。正常使用極限狀態裂縫寬度檢算：考慮永久荷載及活載(圖3、圖4、表1～表4)。

2.2 雙碑左線隧道在鐵路路基施工前的受力分析

首先在上部路基施工前，對雙碑左線隧道受力情況進行計算分析，即公路雙碑隧道修建時，自身的受力情況分析，以

表1 破損階段法計算建筑材料力學指標

表2 極限概率狀態法計算建筑材料力學指標

表3 圍巖計算參數

表4 圍巖彈性抗力系數

便用來與鐵路路基修建后隧道的受力情況進行對比，找出其中變化的規律，判斷公路隧道是否能夠滿足安全需要。

渝黔鐵路路基施工前，雙碑隧道自身開挖和襯砌產生的結構變形及內力圖如圖5～圖8所示，襯砌受力關鍵點分析如表5所示。

圖5 路基開挖前隧道位移

圖6 路基開挖前隧道彎矩(單位：N·m)

圖7 路基開挖前隧道軸力(單位：N)

圖8 路基開挖前隧道剪力(單位：N)

表5 鐵路路基開挖前襯砌結構受力關鍵點

2.3 雙碑左線隧道在鐵路路基施工后的受力分析

渝黔鐵路路基施工后計算雙碑隧道結構變形及內力如圖9～圖12所示，襯砌受力關鍵點分析如表6所示。

圖9 路基開挖后隧道位移(單位：m)

圖10 路基開挖后隧道彎矩(單位：N·m)

圖11 路基開挖后隧道軸力(單位：N)

圖12 路基開挖后隧道剪力(單位：N)

根據以上分析可知，上部渝黔路基段施工前后，由于路基為挖方路基，上部荷載有所減小，二次襯砌彎矩最大值減小約8%～24%，軸力最大值減小約10%～20%，剪力最大值減小約10%～19%。由于施工期間可能存在其它未知因素，為確保施工安全，既有隧道上方新建鐵路施工后，隧道埋深減小，路基施工中盡量采用對隧道影響較小的施工方法。同時交叉上跨段路基施工前應進行詳細調查，并在既有隧道內相應斷面上設必要的觀測點，動態監測新建路基上跨施工可能對既有隧道產生的影響。

表6 路基開挖后襯砌結構受力關鍵點

表7 雙碑左線隧道上部路基施工前后襯砌受力對比分析

3 結論

(1)渝黔路基段施工前后，既有隧道均處于淺埋狀態，且路基為挖方段，使得既有結構上部荷載減小，既有隧道結構內力較初始狀態有所減小。

(2)計算結果表明，上部渝黔路基段施工前后，二次襯砌彎矩最大值減小約8%～24%，軸力最大值減小約10%～20%，剪力最大值減小約10%～19%。上跨后既有隧道結構仍處于安全狀態。

經過對路基修建前后隧道受力情況的對比分析，明確了路基修建對隧道基本沒有不利影響，因此在公路隧道業主方組織的專家評審中，本文的計算方法和結論得到肯定，同時計算結果也為以后類似情況的施工設計工作提供了借鑒經驗。

何達，男，本科，工程師。

U455.49

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[定稿日期]2014-10-13