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上方开挖对既有线隧道影响的数值分析及变形监测

更新时间:2009-03-28

在公共交通网络愈加密集的背景下,新建线路与既有线路发生交叉已不可避免,致使新建线路的施工出现更多的难题,围绕临近既有线施工也成为备受关注的问题.近十年,临近既有线施工发生的事故有几千例,有时会中断列车运营,有时使轨道结构发生变化,甚至发生脱轨,这些影响也越来越多地引起专家和学者的重视.其中:文献[1-2]数值模拟了爆破振动对既有隧道的的影响,并给出了减小爆破振动的措施;文献[3]分析了沪宁城际铁路基坑开挖对临近既有线的动态影响;文献[4]分析了上方大面积加(卸)载引起的盾构隧道变形问题;文献[5-9]分析了基坑开挖对既有运营地铁的影响.面对开挖上部山体对既有线隧道影响这样复杂性工程问题,很难通过经验类比和数学方法得到满意结果,而利用商业软件进行数值模拟为行之有效的办法,同时加上现场监测来进行结果对比,既高效经济,又能满足工程所需要的精度.本文通过Ansys的生死单元功能模拟山体开挖,探讨上部山体开挖对既有线隧道的影响和变形规律.

综上所述,我国城市化进程的不断加快,极大地带动了我国建筑行业的发展。为了缓解城市交通压力,使我国地铁工程大力发展,地铁隧道工程施工也得到了越来越多人们的关注。本文通过对某市地铁施工工程进行分析,从超前支护技术、二次衬砌技术、隧道开挖技术、初期支护技术4个方面对地铁隧道施工技术进行了全面的分析,进而不断提高我国地铁隧道施工技术的应用水平,并且在此基础上不断创新,促进地铁施工技术的发展。

《现代艺术的意义》的作者,美国著名批评家约翰.拉塞尔(John Russell)曾说:“当艺术更新的时候,我们必须随之更新”[9]。“更新”意味着艺术边界的改变,也意味着艺术语言方式的变化,这是每个时代的艺术家都必须经历也应当去探索的创作过程。

1 工程概况

某新建公路与既有线铁路发生交叉,交叉位置处于既有线隧道出口段,按设计先对隧道上方山体进行开挖,使新建公路上跨既有线隧道出口.该隧道全长2 342 m,全部位于直线上,轨面以上净空面积不小于76.49 m2,隧道出口段结构稳定性差,采用V级围岩加强段支护参数施工,设置双侧埋深水沟,衬砌拱墙背后设置1.5 mm的防水板,且混凝土抗渗等级不小于P6;隧道穿越粉土层,具有中等自重湿陷性,粉土层以下7 m为泥岩,地下水位在43~47 m;上部山体开挖宽度约40 m,最大挖方高度约12 m.由于此次开挖量较大,隧道结构可能发生整体回弹位移,对隧道轨面平顺性产生不利影响,必须对既有线隧道进行变形监测.修建公路跨越既有线隧道交叉平面如图1~2所示.

截止随访日期,共纳入的62例前列腺癌患者,中位总生存时间(median overall survival,mOS)为(13.68±5.79)月,中位无进展生存期时间(median progression free survival,mPFS)为(7.19±3.93)月,患者10个月的生存率为74.2%、15个月的生存率为38.7%、20个月的生存率为14.5%。总生存时间(OS)曲线见图1,表明患者总的生存率随时间的推进而逐渐降低;无进展生存期时间(PFS)曲线见图2,表明患者总的无进展生存率随时间的推进而逐渐降低。

  

图1 既有线隧道与新建公路斜交示意

  

图2 线路横断面挖方示意

2 有限元仿真模拟

1) 计算天然土体自重应力下土体及隧道的应力场及位移场,并提取初始应力文件.

  

图3 有限元模型

2.1 计算假设

此外,实测数据的分布与模拟数据线形相似,验证了利用Ansys建立的有限元模型的合理性,说明隧道正上方挖方卸载定会引起变形,但变化值小于相关规范[11];而第二断面处正好在最大清方处附近,所以该断面隧道变形最大.

2) 在原有计算模型上读入初始应力文件,再杀死开挖土体单元,获取开挖后土体及隧道的应力场及位移场.

3) 新建公路桥梁虽然与既有隧道为斜交,但由于斜交角度过大,计算时假定拟建桥梁与隧道正交,能够满足工程需要.

2.2 计算步骤

为了研究上方开挖对隧道力学行为造成的影响,采用有限元技术进行数值模拟,通过模拟结果来选择现场监测断面,起到理论指导作用.对隧道洞口区域进行三维建模,模型大小为70 m×93.54 m×95 m,节点数为37 141个,单元数为29 878个.有限元模型中全部采用8节点Solid45实体单元进行模拟,其中粉土,泥岩均采用德鲁克-普拉格弹塑性模型(即DP模型)进行模拟;衬砌选用弹性模型进行模拟.模拟计算中,模型的上表面不施加任何约束条件,四周水平方向施加位移约束为零,底部竖直方向施加位移约束为零,如图3.

2) 假定仰拱填充及道床为刚性体,即隧道底部的变形与隧道内轨道变形相同.

每个断面测试项目包括以下4项:1) 拱顶(竖向)位移;2) 底板(竖向)位移;3) 左右收敛;4) 衬砌混凝土表面应力.

 

表1 物理力学参数

  

材料重度/(kN/m3)弹性模量/GPa泊松比内摩擦角/(°)粘聚力/kPa粉土18.470.10.352523泥岩201.50.382770二衬25250.2——

3 监测方案

3.1 监测隧道断面选取及监测内容

如图5所示为4个断面拱顶位移的变化和数值模拟整个隧道拱顶位移的变化量.由图5可以看出:4个实测值与模拟值很接近;实测值与模拟值都显示变化最大的断面是在32.5 m处,隆起量为6.2 mm,而模拟值为7.2 mm;此处实测值与模拟值偏离最大,相差1 mm,误差为14.3%.

以上我们对叙事语体和描写语体的句型特征进行了一个简单的分析,发现在主谓句型中,动词性谓语句是典型的叙事语体句型,而名词性谓语句、形容词性谓语句、主谓谓语句等非动词性谓语句都是常见的描写语体句型。谓语是句子的核心,人们在实际表达中,选择动词性谓语或者非动词性谓语,必定受到语体功能特征的制约,句型的选择也是语体特征的一种表现。

3.2 隧道测点的布设及安装

对于隧道结构位移及变形量测,测点分别位于拱顶、最大跨度处左右两点、底板中心,如图4(a),使用全站仪及水准仪进行量测,并记录数据,计算收敛及位移值大小.此外,在山体开挖及桥梁施工过程中,还需检测隧道内轨道位移情况(包括轨道的水平、高低、轨距、三角坑等尺寸指标).根据轨道位移情况并结合(TB10121—2007)《铁路线路修理规定》[10]第6.2.1条规定的水平、高低、轨距、三角坑等几何尺寸指标的允许值的要求,当出现位移接近允许值时,应及时上报委托方,待采取有效措施处理后继续进行监控,直至隧道变形、受力稳定为止.

对于隧道衬砌应力量测,每个断面3个测点分别布设于拱顶及左右拱脚,如图4(b).每个测点布置2个混凝土表面应变计(环向和纵向),引线固定在隧道内侧,数据接口位移应该方便读取且不受干扰.

  

图4 监测点示意

安装混凝土表面应变计时,因需在衬砌表面安装膨胀螺丝固定,需要铁路部门和施工部门配合,申请天窗点搭设临时支架进行安装与后期测试读取数据.

4 数据对比分析

4.1 隧道变形监测分析

根据数值模拟的结果发现,新建公路桥梁施工对隧道主要影响是在隧道洞口段上方开挖区域范围内,离开挖区域越远,隧道受影响越小.因此,在隧道洞口段设4个监测断面,每个监控断面间距20 m.为了方便结果分析,将4个断面距洞口由近及远记为第一至第四断面,最大挖方高度位于第二断面附近.

  

图5 拱顶位移

图6~7为4个断面左右收敛和仰拱位移数值模拟整个隧道的变化量.图8~9所示为位移云图,图10~12为主应力云图.

由计算数据和实测数据对比来看,左右收敛的最大收敛值为1.9 mm,模拟值为2.4,误差为20.8%;仰拱最大隆起量为1.4 mm,模拟值为1.6 mm,误差为12.5%.

  

图6 左右收敛

  

图7 仰拱位移

  

图8 水平位移

1) 该既有线隧道处于粉土地层中,运营时间已久,因此计算不考虑湿陷变形,通过地表排水系统控制地表土层湿陷变形.初期支护与超前支护存在劣化,不再考虑它们的作用.由于计算重点不是隧道开挖对土层的影响,所以不考虑既有线隧道的具体施工过程,按一次开挖成型考虑.

监控历时5个月,待最终稳定后获取衬砌表面应力计钢弦频率数据,再转换成应力变化,如表2所示.

  

图9 竖向位移

  

图10 第一主应力

  

图11 第二主应力

  

图12 第三主应力

 

表2 应力实测值与模拟值对比分析 MPa

 

 

断面类型环向纵向左拱腰拱顶右拱腰左拱腰拱顶右拱腰1实测值-0.94-1.79-0.91-1.43-1.19-1.37模拟值-1.09-2.20-0.97-1.70-1.45-1.60实测/模拟0.860.810.940.840.820.862实测值-1.03-2.21-0.99-0.92-0.89-0.83模拟值-1.17-2.95-1.28-1.15-1.03-1.08实测/模拟0.880.750.770.800.860.773实测值-1.19-2.78-1.29-0.80-0.54-0.78模拟值-1.33-3.33-1.46-0.88-0.61-0.83实测/模拟0.890.830.880.910.890.944实测值-1.71-2.84-1.74-0.55-0.19-0.46模拟值-1.82-3.39-1.92-0.54-0.21-0.49实测/模拟0.940.840.911.020.900.94

在隧道上方大面积卸载后,隧道表面的环向应力和纵向应力都减小,说明开挖卸载没有使隧道衬砌恶化.通过Ansys有限元模拟,提取相应监测点的应力变化数据进行对比,实测值整体略小于模拟值,实测值与模拟值的比在0.75~1.02之间,原因是该隧道运营时间已久,衬砌存在许多病害,隧道拱顶周围有裂缝,整体性变差,某种程度上释放一定的应力.从工程整体上来说,现有的误差可以满足工程精度要求.

5 结论

1) 数值模拟对现场断面布置及实测起到一定的指导和预测意义.从隧道变形来看,隧道上方大面积卸载定会引起隧道变形,最大拱顶位移6.2 mm,最大左右收敛1.9 mm,仰拱最大隆起为1.4 mm,均在允许变形范围内.隧道拱顶的回弹大于仰拱回弹,不会造成既有隧道净空减小.另外,从4个断面的变形可以看出,离开挖地方越远,影响越小.

2) 从应力上看,在隧道上方卸载后,隧道环向应力和纵向应力都减小,说明上部山体开挖没有使隧道衬砌恶化;此外,实测值整体略小于模拟值,实测与模拟的比值在0.75~1.02之间,原因是衬砌年久有裂缝.

3) 本文采用数值模拟加现场监控实测的方法来研究上方开挖对既有线隧道的影响,对未来可能面临上方开挖对高速铁路隧道及客运专线隧道影响的问题起到一定的借鉴和指导作用.

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参考文献

[1] 张海龙.边坡开挖对既有隧道的影响分析[J].水利与建筑工程学报,2011,9(2):73-76.

[2] 杨光,李盼.路堑边坡开挖对临近既有隧道影响分析[J].世界科技研究与发展,2016,38(1):71-75.

[3] 罗锟,雷晓燕.沪宁城际铁路基坑开挖对既有线动态影响分析[J].铁道工程学报,2010,9(144):5-8.

[4] 王涛,李浩,徐日庆.上方大面积加(卸)载引起盾构隧道的变形分析[J].现代交通技术,2008,5(3):29-57.

[5] 吉茂杰,刘国彬.开挖卸荷引起地铁隧道位移预测方法[J].同济大学学报,2001,29(5):531-535.

[6] 叶耀东,王如路,刘海.运营地铁隧道上方基坑施工技术研究[J].建筑技术,2006,37(12):921-923.

[7] 李平,杨挺,刘汉龙,等.基坑开挖中既有下穿地铁隧道隆起变形分析[J].解放军理工大学学报:自然科学版,2011,12(5):80-485.

[8] 陈郁,李永盛.坑开挖卸荷引起下卧隧道隆起的计算基本方法[J].地下工程与空间学报,2005(1):91-94.

[9] 周建坤,李志宏.临近隧道基坑工程对隧道变形影响的数值模拟[J].地下空间及工程学报,2010,6(1):1 398-1 403.

[10] 中华人民共和国铁道部.铁路线路修理规则[M].北京:中国铁道出版社,2006.

[11] TB10121—2007.铁路隧道监控量测技术规程[S].北京:中国铁道出版社,2007.

 
王俊,刘志强
《兰州工业学院学报》2018年第02期文献

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