導(dǎo)語(yǔ)：新建公路對(duì)鐵路隧道的影響一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

公路施工對(duì)隧道影響的三維有限元分析

整個(gè)三維有限元計(jì)算模型共437369個(gè)單元，80161個(gè)節(jié)點(diǎn)，山體、隧道、挖方、填方、公路及隧道模型如圖1、圖2所示。施工步涉及復(fù)雜的開挖、填方過(guò)程，地層環(huán)境也很復(fù)雜，公路與隧道為空間斜交狀態(tài)，這些都決定了必須用更為復(fù)雜的處理方法進(jìn)行研究，方能得到可信度高的分析結(jié)果［8－9］。結(jié)合ANSYS軟件的“生死單元”技術(shù)及網(wǎng)格自適應(yīng)功能可有效、準(zhǔn)確計(jì)算具有復(fù)雜幾何邊界及多種介質(zhì)條件下的巖土、結(jié)構(gòu)等二維、三維力學(xué)問(wèn)題，對(duì)非均質(zhì)地層的復(fù)雜三維應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算是可靠的。本次分析采用ANSYS軟件中提供的“生死單元”技術(shù)及網(wǎng)格自適應(yīng)功能來(lái)進(jìn)行整體模型上的全施工過(guò)程計(jì)算。因某一施工步之外的單元不起作用，故首先可直接將未填筑的單元網(wǎng)格“殺死”，然后施加相應(yīng)邊界條件，進(jìn)行原狀計(jì)算;再將開挖的單元?dú)⑺?，進(jìn)行開挖計(jì)算;最后把填筑單元“激活”，進(jìn)行填方計(jì)算。通過(guò)不斷運(yùn)用網(wǎng)格自適應(yīng)功能使系統(tǒng)作出調(diào)整，即根據(jù)施工步局部調(diào)整單元網(wǎng)格的“生死”，相應(yīng)修正邊界條件后重新計(jì)算，直到滿足計(jì)算精度要求。本研究采用了參數(shù)化設(shè)計(jì)分析手段進(jìn)行處理，將變化的參量定義成參數(shù)，建立分析過(guò)程命令流文件，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)地完成分析工作。另外，鑒于“生死單元”技術(shù)的基本對(duì)象是單元，為求得足夠光滑的應(yīng)力等值線，采用ANSYS的網(wǎng)格自適應(yīng)功能在挖、填交界附近以及地層變化較大區(qū)域進(jìn)行局部網(wǎng)格加密以適應(yīng)精度要求。計(jì)算模擬施工步驟如圖3所示。明確原狀情況下隧道狀態(tài)是進(jìn)一步評(píng)估施工影響和進(jìn)行判斷的基礎(chǔ)，施加重力進(jìn)行計(jì)算，得到隧道受力情況，同時(shí)也得到初始位移，在后續(xù)施工步中刨除已經(jīng)圖3主要施工步完成的這部分位移;而內(nèi)力結(jié)果則在模型中與附加作用進(jìn)行疊加，分析隧道的綜合受力狀態(tài)。工況1計(jì)算結(jié)果，如圖4～圖7所示。

開挖與填方對(duì)隧道影響的綜合分析

分析施工過(guò)程整體沉降位移云圖、水平位移云圖，及隧道變形云圖、內(nèi)力圖等，取典型位置提取結(jié)果如(1)從有限元的計(jì)算結(jié)果來(lái)看，公路修筑至隧頂附近時(shí)，隧道拱頂與原狀態(tài)相比，呈略微的上拱趨勢(shì)，為0．438mm左右。這是因?yàn)殚_挖卸荷的作用，且由于隧道埋深超過(guò)2倍洞徑，因此上部開挖對(duì)下部隧道雖有影響，但其量值并不大。挖方施工引起隧道的最大附加位移在1mm以內(nèi)，隧道的最大附加應(yīng)力為1810kN•m/m，小于強(qiáng)度控制標(biāo)準(zhǔn)。(2)填筑其他段路基后，拱頂又產(chǎn)生新的下沉，且不對(duì)稱，這是因?yàn)閱蝹?cè)填土的加載作用。正上方公路施工對(duì)隧道的影響要大于較遠(yuǎn)處的其他段的影響。公路的橫向影響區(qū)域主要在以隧道正上方位置點(diǎn)為中心的40m范圍內(nèi)，靠山體較高一側(cè)隧道的變形最大。(3)公路路塹開挖面沿法線方向位移明顯，最大水平位移為41．0mm左右，位于坡面的最上方，相對(duì)是較大的，可能超過(guò)了邊坡穩(wěn)定要求，對(duì)鐵路隧道洞口有潛在影響，涉及的邊坡穩(wěn)定問(wèn)題需進(jìn)行專項(xiàng)分析。(4)公路施工對(duì)隧道產(chǎn)生的附加應(yīng)力是有限的，且在極限強(qiáng)度允許值范圍內(nèi)。但是仍需注意加強(qiáng)臨近隧道部分地基的監(jiān)測(cè)，尤其是洞口邊坡的監(jiān)測(cè);隧道內(nèi)部有條件時(shí)應(yīng)布設(shè)應(yīng)力計(jì)和收斂觀測(cè)儀。

通過(guò)對(duì)新建新站北路施工對(duì)下方贛龍鐵路隧道影響的理論分析，筆者認(rèn)為，施工對(duì)隧道影響總體上不大，在做好有效施工組織和監(jiān)控量測(cè)的前提下，可以確保上跨高速公路順利施工，也可以保證隧道的運(yùn)營(yíng)安全。同時(shí)建議施工中應(yīng)盡量分段、分區(qū)、分層、對(duì)稱地進(jìn)行路塹開挖，減小一次性大面積卸載引起的既有隧道結(jié)構(gòu)的上抬，同時(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行施工步的適當(dāng)調(diào)整，以進(jìn)一步降低施工帶來(lái)的不利影響。為了既能確保下部隧道建筑物的安全，又能檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的方案，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)隧道的監(jiān)測(cè)，及時(shí)反饋結(jié)果。

本文作者：姚捷工作單位：中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司