轨道交通6号线中梁山段交叉上穿既有二岩铁路隧道的数值模拟分析

钟运秋

【摘要】新建隧道开挖必然会对附件已建隧道产生不同程度的影响，影响过程是新建隧道、岩体和已建隧道三者共同作用的结果。本文采用MIDAS-GTS三维有限元模拟软件分析了1号隧道上穿二岩铁路隧道的施工全工程，对已建铁路隧道的應力应变进行了分析。根据模拟的结果参照相关的标准，最后得出该工况下新建隧道对已建隧道的影响程度以指导施工。为今后类似工程提供参考

【关键词】铁路隧道；既有隧道；数值模拟；新建隧道

1 工程地质

轨道交通六号线二期工程——中梁山隧道位于川东南弧形地带，重庆华蓥山帚状褶皱束东南部，其构造骨架形成于燕山期晚期褶皱运动，构造形迹呈北东、北北东向展布，属新华夏构造体系。隧址区穿越观音峡背斜，次级构造有白庙子断层（F3）以及在背斜轴部及附近相伴生或派生的小褶曲、小断层、节理裂隙、层间滑动擦痕与破碎带等。

2本文建立模型的基本假定

为了研究新建中梁山一号隧道近距离上穿越既二岩铁路隧道的变形影响规律，本文拟建模型设定如下：

1、 隧道参数

（1） 新建一号隧道初喷设计厚度25cm，混凝土强度为C25。二衬厚度50cm，混凝土强度为C40。

（2） 已建铁路隧道初喷厚度为20cm，混凝土强度为C25。二衬厚度40cm，混凝土强度为C40。

（3） 新建一号隧道与既有铁路隧道空间夹角为93°，净距取14.2m。

（4） 新建隧道为浅埋隧道，研究区域内涉及到土、风化岩、软岩。

2、 岩层和材料参数

由该项目的地质勘查报告，各层岩层和材料的物理力学参数如表2-1所示

3、 单元类型和网格数量

该模型假设土层、风化岩、软岩以及喷混都为连续介质，所以采用实体单元来模拟。所建模型有限网格共 3220个单元，共 6350个节点。

本文采用MIDAS-GTS三维有限元软件模拟新建隧道的开挖，具体工况步骤见表2-2所示

3实际施工数值模拟的结果和分析

3.1模型图

依照以上设计和假定，本文模型如图3-1、3-2所示

图3-1 整体计算模型图

图3-2 两隧道有限元计算模型图

3.2既有铁路隧道竖向位移分析

图3-3为新建隧道贯通后即有二岩铁路隧道Z方向竖直 沉降图。由图可知，在新建隧道开挖后即有铁路隧道发生明显的隆起变形，最大隆起发生在新建隧道穿越段的正下方，最大隆起量达到2.32mm。

图3-3新建隧道贯通二岩铁路隧道左右线竖向沉降图

为了研究新建一号隧道近距离上穿既有铁路隧道的竖向位移的影响规律，沿新建隧隧道开挖方向结合两隧道的空间位移关系选取了四个施工工况进行分析：一号隧道开挖里程CYK47+440～CYK47+421.1为工况一（未到达阶段），一号隧道开挖里程CYK47+421.1～CYK47+441.1为工况二（到达阶段），一号隧道开挖里程CYK47+441.1～CYK47+481.1为工况三（穿越阶段），一号隧道开挖里程CYK47+481.1～CYK47+560为工况四（通过阶段）。

图3-4 即有二岩铁路隧道左线Z方向位移图

图3-4 即有二岩铁路隧道右线Z方向位移图

4、结论

由图3-3、3-4既有隧道竖向位移变形情况进行分析对比，可以得出以下信息：

（1） 随着新建隧道的开挖，既有铁路隧道产生明显的隆起变形且隆起量不断增大。既有铁路隧道左、右线的最大隆起量都发生在新建隧道贯通时，地铁左线最大隆起量达2.34m，右线最大隆起量达2.3m。

（2） 既有铁路隧道隆起变形呈抛物线型。

（3） 左右线工况一到工况四的变形趋势几乎相同。

由数值模拟可以知道，随着新建隧道的开挖，既有二岩铁路隧道的竖向位移量不断的增大。其变化趋势呈抛物线，不同的工况下变化趋势基本相同，变化量略有不同。由数值模拟可以看出新建一号隧道对既有二岩铁路隧道的影响主要以竖向位移为主。通过对工况的研究为以后类似工程提供参考价值。

参考文献

[1]龚伦，仇文革.铁路隧道受下穿引水隧洞近接施工影响预测[J].中国铁道科学.2007.28（4）.29-33

[2]龚伦，仇文革.引水隧洞下穿铁路隧道近接施工振动影响研究[J].岩土力学增刊.Vol.27（Supp.2）.779-783

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