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          略論隧道變形的拯救辦法

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          略論隧道變形的拯救辦法

          1隧道工程概況

          擬建的建筑物位于廣東省東莞市環東路以西,查驗東路以北,保稅中路以東。地塊呈東西長向,地勢較為平坦,項目建設用地面積67946.32m2。其中5,6號倉庫位于廣深高鐵獅子洋隧道DK41+600~DK42+000段正上方,地表倉庫距離隧道約28m,其結構采用門式框架結構,倉庫內地面堆載50kN/m2。獅子洋隧道全長10.8km,擬建建筑物下部區段隧道為盾構隧道,盾構內徑9.8m,外徑10.8m。管片采用C50高性能耐腐蝕混凝土,混凝土抗滲等級S12。每環環向接縫采用22只M36縱向斜螺栓連接,每環襯砌縱縫內共采用24只M36環向斜螺栓連接。1.2工程水文地質條件倉庫下部地層由上至下為:①人工填土層,組成物主要為粘性土,欠壓實,層厚0.40~3.55m,平均厚度1.36m,層頂埋藏標高-0.09~2.85m;②海陸交互相沉積層,主要分布有粉質粘土層、淤泥層、淤泥質土層、粉土層、粗礫砂層、圓礫土層等;③沖積層,主要分布有粘性土層、淤泥質土層、粉細砂層、粗礫砂層、礫石卵石層;④殘積土層主要分布有基巖、巖石全風化、巖石弱風化帶。地下水主要為第四系松散巖類孔隙水和白堊系碎屑巖類裂隙、孔隙水。

          2三維數值計算

          模型的建立根據建筑物與隧道的位置關系,計算模型尺寸為:隧道水平方向取200m,豎直向上取23.40m,豎直向下取24.60m,隧道軸向取398m。計算區域劃分成144067個單元,183895個節點,能夠保證計算具有足夠的精度。計算模型見圖1。其約束條件為:兩側邊界水平方向約束,鉛直方向自由;底部邊界鉛直方向約束,水平方向自由;頂部為自由表面,上部受圍巖自重作用。流變本構模型伯格斯是一種粘彈性模型,它由馬克斯威爾模型與開爾文模型串聯而成,有4個可調參數。伯格斯模型的本構方程、蠕變方程、卸載方程分別為式中:ηM、ηK分別為馬克斯威爾和開爾文粘滯系數;EK分別為馬克斯威爾和開爾文模型的彈性模量;當t=0時,ε0=σ0/EM,模型有瞬時彈性變形,此時只有彈簧元件M有變形,隨時間的增長,應變逐漸加大,粘性元件按等速流動。計算參數的確定在計算中,圍巖采用了伯格斯流變本構模型,隧道開挖采用了Null模型。管片結構采用了結構單元中的Shell單元,本構模型為彈性。巖體的初始地應力場考慮了自重應力,側壓系數取為0.43。考慮基底水泥攪拌樁加固對圍巖巖性的改善,在模擬時適當提高加固區圍巖參數。在模擬過程中,圍巖和支護結構物理力學

          3計算結果與分析

          隧道變形區域主要集中在倉庫與盾構隧道斜交的區域內(即Y=40~160m和Y=270~322m),該區域內隧道拱頂點豎向位移主要以沉降為主,且當隧道正上方存在倉庫基礎時,該處隧道結構拱頂豎向沉降位移出現峰值,左線隧道結構拱頂最大沉降位移發生在Y=160m位置附近,右線發生在Y=60m位置附近,其峰值分別為-2.2mm和-2.0mm;Y=160~270m范圍內的隧道結構的豎向位移相對較小,局部出現隆起現象,左右線隧道最小豎向位移位置分別為Y=270m和Y=220m附近;Y=220m位置左隧道處于6號倉庫基礎下方,而右隧道位于兩倉庫基礎之間;Y=270m位置右隧道處于5號基礎下方,而左隧道處于2倉庫基礎之間。此外,由于隧道與倉庫基礎區呈斜交,左右線隧道結構拱頂豎向位移曲線變化規律基本一致,但數值及其變化點位置不一樣。從圖4和圖5可以看出:在隧道上方倉庫施工的影響下,隧道管片發生了水平變形,且左線和右線的水平位移特征不同。最大負向水平位移約在左隧道Y=100m和Y=320m處,最大負向水平位移量為1.64mm。最大正向水平位移約在右隧道Y=160m處,最大正向水平位移量為0.25mm。綜上分析可知,隧道結構變形區域主要集中在倉庫與盾構隧道斜交的區域內(即Y=40~160m和Y=270~322m),當隧道正上方存在倉庫基礎時,該處隧道結構位移出現峰值;而Y=160~270m范圍內的隧道結構的位移相對較小,說明倉庫基礎施工對下方一定范圍內隧道結構產生影響。倉庫運營階段高鐵隧道結構位移特征在隧道上方倉庫堆載的影響下,盾構隧道管片變形區域主要集中在倉庫與盾構隧道斜交的區域內,并且在倉庫正下方的盾構隧道管片的變形較大,而Y=160~270m范圍內的隧道管片變形相對較小,說明隧道上方倉庫堆載對下部隧道的變形有一定程度的影響。最大變形位置約在左線隧道Y=100m處,管片最大變形量為8.73mm。在隧道上方倉庫堆載的影響下,盾構隧道管片發生了豎向變形,左線和右線的豎向位移特征不同。隧道豎向變形區域主要集中在倉庫與盾構隧道斜交的區域內(即Y=40~160m以及Y=270~322m范圍內),并且在倉庫正下方的盾構隧道管片的豎向位移較大,而Y=160~270m范圍內的隧道管片的豎向位移相對較小,說明隧道上方倉庫堆載使得下部隧道發生了一定程度的豎向位移。并且在倉庫對隧道水平位移影響的區域內,隧道距離倉庫底部的距離越近,隧道的豎向位移越大。最大豎向位移位于Y=40m處左右,最大豎向位移為7.69mm。由圖8和圖9可見,在隧道上方倉庫堆載的影響下,隧道管片發生了水平變形,且左線和右線的水平位移特征不同。最大負向水平位移約在左線隧道Y=322m處,最大負向水平位移量為5.73mm。最大正向水平位移約在右線隧道Y=322m處,最大正向水平位移量為1.14mm。左線隧道Y=322m處位于與5號倉庫斜交的邊墻處,說明在倉庫對隧道水平位移影響的區域內,隧道偏離倉庫底部的距離越遠,隧道的水平位移越大。綜上分析可知,隧道變形較大區域主要集中在倉庫與盾構隧道斜交的區域內,而在其他區域內盾構隧道的變形較小,說明隧道上方倉庫堆載使得下部隧道發生了一定程度的變形。

          4結論

          最大負向水平位移位于左線隧道Y=100m和Y=320m斷面附近,其值為1.64mm。最大正向水平位移位于右線隧道Y=160m斷面附近,其值為0.25mm。左線隧道結構拱頂最大沉降位移發生在Y=160m斷面附近,右線發生在Y=60m斷面附近,其值分別為-2.2mm和-2.0mm。倉庫運營階段,隧道結構變形較大區域主要集中在倉庫與盾構隧道斜交的區域內,其他區域變形較小。最大負向水平位移位于左線隧道Y=322m斷面附近,其值為5.73mm;最大正向水平位移位于右線隧道Y=322m斷面附近,其值為1.14mm;最大正向軸向位移位于隧道Y=322m斷面附近,其值為2.05mm;最大豎向位移位于左隧道Y=40m斷面附近,其值為7.69mm。

          作者:唐健單位:中鐵第四勘察設計院集團有限公司