高速铁路超大断面隧道支护参数研究

张慧玲

(中国中铁二院工程集团有限责任公司,四川 成都 610031)

为了缓解和削减空气动力学效应,高速铁路隧道大多采用单洞双线断面,轨面以上有效净空断面积 100m2,开挖面积达到 150～170m2,相当于 3座单线铁路隧道的规模,属于超大断面。这种超大断面隧道虽然在既有铁路建设工程中偶尔也有(比如三线车站隧道、喇叭口隧道等),但隧道长度都较短,对施工工期一般没有要求,没有形成一套完整的支护参数体系。本文就超大断面隧道支护、衬砌参数进行研究,以适应高速铁路隧道大量建设的需要。

1 初步拟定的隧道支护参数及施工方法

参考国内外高速铁路隧道支护参数及施工方法的调研结果,并根据国家 “八五”、“九五”时期科研成果及《京沪高速铁路设计暂行规定》推荐的高速铁路单洞双线隧道内净空断面,通过工程类比初步拟定武汉至广州客运专线岩石地区单洞双线隧道支护参数。

1.1 隧道内轮廓尺寸

隧道轨面以上有效净空断面积为 100m2,采用半径为687cm的单心圆结构,线间距 5.0m,曲线地段不加宽,如图1所示。

1.2 隧道衬砌断面及支护参数

根据对国外高速铁路隧道的调查研究,结合我国部分大断面隧道工程实践经验,初步拟定隧道衬砌支护参数如表1所示。

2 隧道衬砌的理论计算和分析

2.1 计算条件

计算理论:荷载—结构模式;

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图1 隧道内轮廓

计算程序:采用ANSYS计算程序;

荷载确定:只考虑主要荷载,即围岩压力和结构自重;

围岩压力:参照《铁路隧道设计规范》(TB 10003-2001,J 117-2001)(以下简称《隧规》)有关规定办理;

二次衬砌承受荷载比例确定:参照《铁路工程设计技术手册》(隧道),对于复合式衬砌,“根据我国复合式衬砌围岩压力现场量测数据和模型试验,并参考国内外有关资料,建议 I～IV类围岩二次衬砌承受 30% ～50%的围岩压力”,二次衬砌按承受荷载的 50%考虑;

围岩及衬砌材料的物理力学指标:按《隧规》表3.2.8及表5.3.1办理。

另外,计算中考虑复合衬砌背后完全回填密实,考虑仰拱与衬砌共同作用;计算均假定衬砌背后围岩能提供径向弹性反力;有关衬砌结构强度和偏心矩要求,参照《隧规》第十一章规定办理;对于配筋计算,根据《隧规》11.2.11及11.2.12并按照破损阶段法办理;对于裂缝验算,按照《隧规》10.3.3及 10.3.4办理;最大裂缝宽度不大于 0.2mm。

2.2 计算结果

按照以上的计算条件通过计算分析得出各围岩级别情况下二次衬砌的内力,对此进一步计算安全系数或配筋参数。计算结果表明除Ⅱ级深埋及Ⅲ级深埋外,Ⅳ、Ⅴ级围岩的深、浅埋及偏压状态下二次衬砌均需通过配筋来达到规范要求。

3 结论

针对各级围岩断面初拟的支护参数,计算分析计算结果表明:除Ⅱ级深埋及Ⅲ级深埋外,Ⅳ、Ⅴ级围岩的深、浅埋及偏压状态下二次衬砌均需通过配筋来达到规范要求。

[1]TB 10003-2005铁路隧道设计规范[S]

[2]铁道部第二勘测设计院主编.铁路工程设计技术手册-隧道[M].北京:中国铁道出版社,1995