铁路路基上跨在建公路隧道的安全论证

何 达

(中国中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都 610031)

铁路路基上跨在建公路隧道的安全论证

何 达

(中国中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都 610031)

渝黔铁路童家溪——重庆西客车联络线上跨在建公路双碑左、右线隧道，其路基与隧道顶部净距约为16 m，根据公路产权方要求，上跨段应进行分析论证，以确保公路隧道的安全。文章针对新建路基对隧道的影响进行了计算和分析，其计算方法和结果分析对类似条件下，城市小净距构筑物之间受力情况的评估具有相当的借鉴意义。

上跨; 浅埋隧道; 铁路路基; 小净距

1 工程概述

渝黔铁路童家溪——重庆西客车联络线与既有公路双碑隧道平面位置关系如图1所示。新建渝黔铁路于LtDK11+215(左线)及LtD1K11+245里程上跨既有双碑隧道左右线，公路的对应里程为Kz6+390(左线)、K6+390(右线)。

图1 渝黔铁路与既有隧道平面位置

目前双碑公路隧道已经完成主体施工，尚未交付通车。该隧道为大学城向东穿越歌乐山至双碑的主要公路干线的控制工程，建成后交通流量大，维修和养护特别困难，加固和整修几乎不可能，公路产权方要求铁路路基的修建不得对公路隧道造成不利影响。由于铁路路基上跨双碑左右线隧道的情况相似，净距也基本相同，因此本文选择左线隧道进行重点分析和论证。左线隧道与铁路路基关系见图2。

图2 渝黔铁路与左线隧道关系剖面

2 渝黔线路基上跨双碑左线隧道的衬砌结构安全影响分析

对于浅埋隧道，二次衬砌是主要承载结构，因此在分析渝黔线路基段对下部既有双碑隧道影响时均以二次衬砌为对象而展开。初期支护仅作为安全储备，不予考虑。上跨既有双碑隧道段为挖方路基，本文针对挖方前后隧道结构受力进行分析，分析上部路基开挖对下部隧道结构受力的影响。选用有限元程序对铁路路基开挖的前后阶段进行了模拟，通过对比和分析来判断铁路路基的修建对公路隧道的影响。

2.1 数值计算模型

本文以局部变形理论为基础，采用荷载-结构模型进行计算，具体计算如下：

(1)构件截面强度进行验算，破损阶段法；

(2)构件裂缝宽度验算，正常使用极限状态法。

图3 荷载-结构模式(上部铁路路基施工前)

图4 荷载-结构模式(上部铁路路基施工后)

破损阶段强度检算：考虑永久荷载及活载。其中永久荷载包括结构自重、围岩主动土压力，活载考虑列车及轨道荷载。围岩主动土压力按《铁路隧道设计规范》(TB10003-2005，J449-2005)附录C计算；列车及轨道荷载按照《铁路路基设计规范》(TB1001-2005)附录A计算，弹性反力按《双碑隧道工程地质勘察报告》(重庆市勘测院)选取。其中，基底围岩抗力系数考虑提高效应，提高系数按1.25考虑。正常使用极限状态裂缝宽度检算：考虑永久荷载及活载(图3、图4、表1～表4)。

2.2 双碑左线隧道在铁路路基施工前的受力分析

首先在上部路基施工前，对双碑左线隧道受力情况进行计算分析，即公路双碑隧道修建时，自身的受力情况分析，以

表1 破损阶段法计算建筑材料力学指标

表2 极限概率状态法计算建筑材料力学指标

表3 围岩计算参数

表4 围岩弹性抗力系数

便用来与铁路路基修建后隧道的受力情况进行对比，找出其中变化的规律，判断公路隧道是否能够满足安全需要。

渝黔铁路路基施工前，双碑隧道自身开挖和衬砌产生的结构变形及内力图如图5～图8所示，衬砌受力关键点分析如表5所示。

图5 路基开挖前隧道位移

图6 路基开挖前隧道弯矩(单位：N·m)

图7 路基开挖前隧道轴力(单位：N)

图8 路基开挖前隧道剪力(单位：N)

表5 铁路路基开挖前衬砌结构受力关键点

2.3 双碑左线隧道在铁路路基施工后的受力分析

渝黔铁路路基施工后计算双碑隧道结构变形及内力如图9～图12所示，衬砌受力关键点分析如表6所示。

图9 路基开挖后隧道位移(单位：m)

图10 路基开挖后隧道弯矩(单位：N·m)

图11 路基开挖后隧道轴力(单位：N)

图12 路基开挖后隧道剪力(单位：N)

根据以上分析可知，上部渝黔路基段施工前后，由于路基为挖方路基，上部荷载有所减小，二次衬砌弯矩最大值减小约8%～24%，轴力最大值减小约10%～20%，剪力最大值减小约10%～19%。由于施工期间可能存在其它未知因素，为确保施工安全，既有隧道上方新建铁路施工后，隧道埋深减小，路基施工中尽量采用对隧道影响较小的施工方法。同时交叉上跨段路基施工前应进行详细调查，并在既有隧道内相应断面上设必要的观测点，动态监测新建路基上跨施工可能对既有隧道产生的影响。

表6 路基开挖后衬砌结构受力关键点

表7 双碑左线隧道上部路基施工前后衬砌受力对比分析

3 结论

(1)渝黔路基段施工前后，既有隧道均处于浅埋状态，且路基为挖方段，使得既有结构上部荷载减小，既有隧道结构内力较初始状态有所减小。

(2)计算结果表明，上部渝黔路基段施工前后，二次衬砌弯矩最大值减小约8%～24%，轴力最大值减小约10%～20%，剪力最大值减小约10%～19%。上跨后既有隧道结构仍处于安全状态。

经过对路基修建前后隧道受力情况的对比分析，明确了路基修建对隧道基本没有不利影响，因此在公路隧道业主方组织的专家评审中，本文的计算方法和结论得到肯定，同时计算结果也为以后类似情况的施工设计工作提供了借鉴经验。

何达，男，本科，工程师。

U455.49

B

[定稿日期]2014-10-13