下载文档原格式
公路隧道开挖对既有铁路隧道的影响研究发布时间：2021-05-17T16:12:31.900Z 来源：《科学与技术》2021年4期作者：袁郑棋，林海洋[导读] 以工程实际为例，应用MIDAS-GTS软件进行三维有限元数值模拟袁郑棋，林海洋( 温州市交通规划设计研究院，浙江温州 325000 ) 摘要：以工程实际为例，应用MIDAS-GTS软件进行三维有限元数值模拟，分析了新建公路隧道开挖对既有铁路隧道位移、衬砌结构内力的影响，得出新建公路隧道开挖对一定距离范围外既有隧道的影响结论，为类似工程提供借鉴。
关键字：新建隧道；既有隧道；数值模拟；变形、内力0.引言随着我国交通事业的高速发展，公路、铁路的建设不断增多，由于地形地质的影响，较好的路线走廊带也越来越少，多条路线共用同一条走廊带的情况不断出现。
在实际工程实施过程中，经常会遇到新建公路隧道临近原有铁路隧道的情况，这些新旧工程之间的距离较小，新公路隧道的修建必定会对既有隧道产生不利影响，所以在新建项目方案设计阶段，就要结合路线方案充分考虑施工期及运营期对既有隧道的影响，确保新建公路隧道和既有隧道的结构安全，因此分析既有铁路隧道在临近新建公路隧道开挖后结构的内力和位移是必要的，本文依托永嘉水门路项目，从静力学角度研究了公路隧道开挖对既有铁路隧道的影响。
1.工程实例永嘉水门路项目采用一级公路标准，设计速度为80km/h，整体式路基宽24.5m，分离式路基宽12.25m；设分离式小净距隧道1座499m （隧道宽10.25m）。
既有铁路隧道Ⅲ级围岩段隧道采用曲墙加底板的衬砌结构形式，Ⅳ~Ⅴ级围岩采用曲墙带仰拱的衬砌结构形式。
洞口段、浅埋偏压、断层破碎带、岩性接触带、节理密集带等地段进行结构加强。
水门路新建公路隧道右洞与乐清湾铁路新村隧道水平距离最近，最小距离48m。
2.有限元分析2.1模型建立新建公路隧道与既有隧道位置关系呈现一定的空间关系，现利用MIDAS-GTS软件建立三维有限元数值模型。
1引言随着高速铁路路网的逐步完善及城市化进程的迅猛发展,城市基础设施建设不可避免会与铁路路网建设存在交叉。
目前,大城市的地铁运营里程在迅速增长,为避免与高速铁路产生较大干扰,一般尽可能使地铁从高速铁路桥梁下穿。
因为下穿高速铁路的项目日益增多,高速铁路的安全运营要求较高,下穿高速铁路风险较大[1-4],为此,国家铁路局发布了相关规程来规范下穿高速铁路工程的设计与施工[5]。
本文基于福州市某条地铁区间隧道下穿高速铁路桥梁的工程实例,根据现场实际,提出相应防治对策,并通过Midas GTS 建模计算分析其对高速铁路桥梁的影响,为今后类似项目提供参考。
2工程概况及地质条件区间隧道为单线单洞盾构区间,盾构上方布置供地铁使用的110kV 电力管线。
区间隧道左右线及电力管线下穿福平铁路闽江特大桥9#、10#桥墩。
下穿处区间隧道左线与铁路桥夹角74°;右线与铁路桥夹角73°。
下穿处桥梁孔跨为68m+128m+68m 连续梁主跨,基础为12根准2.5m 钻孔灌注桩。
福平铁路闽江特大桥9#、10#桥墩承台尺寸均为19.90m ×14.6m ×5.0m (长×宽×高)。
区间隧道埋深约9.9m ,左线隧道距离桥墩(9#)承台边缘最近距离为5.64m ,右线隧道距离桥墩(10#)承台最近距离为62.8m 。
区间隧道、保护涵下穿铁路平面关系如图1所示。
区间隧道横断面如图2所示。
电力管线采用1-1.6×1.9m 钢筋混凝土保护涵下穿铁路桥,交角59°。
保护涵横断面如图3所示。
保护涵距离9#墩承台最小水平距离为17.23m ,距离10#墩承台最小水平距离为69.74m 。
下穿处桥下净空约33m 。
涉铁段区间隧道段主要穿越杂填土、淤泥、粉质黏土、中风化花岗岩、微风化花岗岩。
【作者简介】王佩新(1990~),男,福建南安人,工程师,从事桥梁与隧道工程设计与研究。
1引言伴随着城市经济的快速发展和人口的增长,城市地下空间的开发也迎来井喷时代,基坑工程作为主要的开发手段,其降水、开挖卸载会使得周边岩土体移位,引发紧邻的既有地铁隧道位移场和应力场随之变化,由于地铁盾构隧道变形敏感、变形控制值严苛,一旦超标可能影响行车安全,甚至产生安全事故和社会负面影响,为确保地铁隧道的安全性,研究基坑施工全程对既有隧道的三维变形影响至关重要。
深基坑开挖对地下隧道的影响研究是一个非常重要的课题,各科研、设计和施工人员开展了相关研究。
赵刚[1]详细分析了基坑不同施工阶段对临近地铁隧道的变形规律;Zheng 等[2]采用二维有限元方法,得出基坑不同位置开挖引起下方3个隧道位移场变化的区别与不同;蒋利明[3]采用理数值计算方法,得出基坑开挖引起周围土体和地铁隧道变形以竖向和水平位移为主。
本文结合沈阳某深基坑工程支护设计、施工开挖工序与相关水文地质,采用Midas GTS 三维有限元分析模型与现场地铁保护监测相结合手段,研究砂土地层基坑开挖全过程对侧方地铁盾构隧道的变形影响,可为类似工程提供借鉴。
【作者简介】朱茂国（1986~），男，江苏徐州人，高级工程师，从事城市地铁测量、监测及管理研究。
砂土地层深基坑施工对侧方地铁隧道形变影响研究Study on the Influence of Deep Foundation Pit Constructionon Lateral Subway Tunnel朱茂国（中铁第六勘察设计院集团有限公司，天津300308）ZHU Mao-guo（China Railway Sixth Survey and Design Institute Group Co.Ltd.,Tianjin 300308,China)【摘要】以沈阳市某工程为背景，采用有限元软件Midas GTS 建立三维有限元分析模型，对基坑开挖引起侧方地铁盾构隧道三维变形进行数值分析，并将隧道模拟结果与实测变形值进行比较。
岩土有限元分析软件MIDAS/GTSMIDAS Information Technology Co., Ltd.(简称MIDAS IT)正式成立于2000年9月1日。
1989年由韩国浦项集团成立的CAD/CAE研发机构开始开发MIDAS软件以来，MIDAS IT在不断追求完美的企业宗旨下获得了飞速发展。
目前在韩国结构软件市场中，MIDAS Family Program的市场占有率排第一位，在用户最满意的产品中也始终排在第一位。
MIDAS/GTS作为MIDAS IT公司的主打产品之一，主要针对岩土隧道领域的结构分析所需要的功能直接开发的程序，通过了国际ISO9001品质管理认证及韩国隧道工学会等专业机构的认证。
MIDAS/GTS软件特点如下：一、快速直观的三维建模一直以来，三维建模快速直观作为MIDAS系列软件的优点受到用户的好评。
在三维有限元前处理软件MIDAS/FX+的基础上产生的MIDAS/GTS继承了这一特点，使用户能够快速、准确的建立更加直观的三维模型。
下面列举一些GTS中的一些建模特点：1．1中文化的操作界面进入国内市场以来，中文化的操作界面使MIDAS系列软件迅速被用户所熟悉和热爱。
在MIDAS/GTS中，中文化的操作界面（如图1）也同样使用户更加快速的熟悉软件，将其快速地应用到实际工作中。
图1 完全中文化的操作界面岩土与隧道专业有限元软件GTS21．2面向任务的用户界面通过面向任务的用户界面，为用户提供文字性的操作说明，更加便利的进行模型建立。
如图2所示：当用户建立圆弧时，对话框会首先提示用户“输入中心位置”，接下来会提示“输入开始位置”“输入结束位置”，这样通过面向任务的用户界面，引导用户进行圆弧建立。
图2 面向任务的用户界面1．3快速的几何建模方式MIDAS/GTS 几何完全融合了CAD 的建模方式，方便用户快速建立相应的模型。
1．4模拟真实地形的地形生成器（见图3）在GTS 中，能够通过导入三维的地形图，直接生成三维模型，即能够减少建模时间，增加工作效率；又能够准确模拟的地形分布。
