摘要:以某近距離跨越三條高鐵隧道群的地鐵運用庫工程為背景，建立了三維有限元數(shù)值模型，分析了樁基和上部結(jié)構(gòu)施工過程中大型施工機械作業(yè)所產(chǎn)生施工荷載對既有隧道的影響，得到隧道結(jié)構(gòu)在施工過程中的應(yīng)力和變形。結(jié)果表明，施工荷載使隧道上方土體產(chǎn)生較大變形，既有隧道結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形滿足安全運營要求。

　　關(guān)鍵詞:高鐵隧道群，施工機械荷載，有限元，變形

　　近年來，隨著我國城市化的發(fā)展，城市交通擁堵情況日益嚴重，地鐵已成為緩解城市地面交通壓力的重要手段。然而，地鐵施工過程中容易與其他地上、地下結(jié)構(gòu)物之間發(fā)生相互影響。因此，為了確保地鐵建設(shè)順利進行，防止發(fā)生安全風險，需仔細研究其與鄰近建筑的影響[1-8]，并據(jù)此采取適當?shù)墓こ檀胧�。本文以某地鐵運營庫上跨高鐵隧道群工程為例，運用有限元數(shù)值分析的方法，對地鐵運用庫樁基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)施工時大型施工機械作業(yè)施工荷載對既有高鐵隧道結(jié)構(gòu)受力和變形的影響進行了分析。

　　1工程概況

　　某地鐵停車場運用庫上跨三條既有高鐵隧道群，分別用高鐵1正線隧道、高鐵1聯(lián)絡(luò)線隧道、高鐵2隧道表示。停車場運用庫采用房橋合一的結(jié)構(gòu)形式，上部由兩跨簡支鋼桁架橋組成，主桁最小跨度55m，最大跨度110m，共16座，需要完成16000t鋼構(gòu)件加工拼裝、70萬顆高強度螺栓安裝。下部采用承臺加樁基礎(chǔ)形式，涉鐵樁基共138根，其中隧道間樁基共有24根，距離既有鐵路隧道結(jié)構(gòu)凈距3m～13.8m，樁徑為1.6m～2.2m，同時近距離跨越三條高鐵隧道群屬全國首例，施工難度大。

　　隧道論文范例：水下隧道工程清水混凝土外觀砂斑的成因分析

　　地質(zhì)情況為素填土、碎石土、花崗巖。為最大程度降低對樁基、桁架施工對既有高鐵隧道群的影響，加快施工進度，減少擾動，確保既有高鐵隧道安全，保證高鐵行車安全，樁基采用全回轉(zhuǎn)液壓鉆機、旋挖鉆機大型施工機械施工，桁架現(xiàn)場焊接拼時采用履帶吊車吊裝、頂推滑移施工。

　　2施工荷載

　　其中基礎(chǔ)施工階段，荷載較大的工程機械有全回轉(zhuǎn)液壓機，位于樁頂正上方，履帶吊車，涉及整個區(qū)域，另外旋挖鉆機、汽車吊、混凝土輸送泵及鋼結(jié)構(gòu)自重均較小，可以不考慮其影響。上部結(jié)構(gòu)施工時，最大荷載為履帶吊車，荷重3500kN，涉及整個區(qū)域，因此重點分析上部結(jié)構(gòu)施工時履帶吊車荷載的影響。

　　高鐵隧道1的埋深較淺，當施工機械(履帶吊車)位于隧道正上方時，對隧道的影響最大。A，B，C三處作為施工機械荷載的作用位置，分析大型施工荷載對高鐵的影響。A處位于高鐵2隧道正上方、B處位于高鐵1聯(lián)絡(luò)線隧道一側(cè)、C處位于高鐵1正線隧道正上方。主要的施工荷載為履帶吊車的重載作用，其重3500kN，作用面積21.6m2，換算為作用壓強為162kPa，考慮到其他機械的影響及安全儲備，施工荷載采用均布荷載200kPa加載計算。

　　3模型的建立

　　為分析施工荷載對既有高鐵隧道群的影響，根據(jù)設(shè)計圖紙，建立有限元模型進行數(shù)值分析。模型大小為400m×120m×80m，單元數(shù)約20萬，節(jié)點數(shù)約21萬。模型采用固定邊界條件。

　　4計算成果及分析

　　4.1A處施工機械荷載作用下高鐵1聯(lián)絡(luò)線隧道變形，A處施工機械荷載作用下，下部土體產(chǎn)生的最大土體變形為17.24mm(由于填土承載力較低，地基已接近破壞)，高鐵隧道襯砌產(chǎn)生的最大變形為1.15mm，位于隧道拱頂，兩腰的最大變形為0.6mm～0.8mm，拱底的變形約為0.3mm，最大隧道橫向方向的變形小于0.2mm。

　　4.2B處施工機械荷載作用下高鐵1正線隧道變形B處施工機械荷載作用下，下部土體產(chǎn)生的最大土體變形為12.67mm(由于填土承載力較低，已接近破壞)，高鐵隧道襯砌產(chǎn)生的最大沉降變形為1.34mm，位于隧道拱頂偏左處，左腰的最大變形為1.1mm，右腰最大變形為0.6mm，拱底的沉降變形約為0.4mm，最大隧道橫向方向的變形為0.34mm。

　　4.3C處施工機械荷載作用下高鐵1正線隧道變形，C處施工機械荷載作用下，下部土體產(chǎn)生的最大土體變形為15.57mm(由于填土承載力不足，已接近破壞)，高鐵隧道襯砌產(chǎn)生的最大沉降變形為1.76mm，位于隧道拱頂，兩腰的最大變形為0.6mm～0.8mm，拱底的沉降變形約為0.2mm，最大橫向變形0.38mm。匯總A，B，C三處的沉降變形量，從中可知，當施工機械位于高鐵隧道正線正上方時變形最大，最大值為1.46mm。

　　5結(jié)論

　　1)由于素填土結(jié)構(gòu)松散，承載力低，重型施工機械荷載作用下，地基土體接近破壞，土體產(chǎn)生很大變形，建議施工前對填土地基進行注漿加固處理。2)在最不利施工荷載作用下(荷載作用于高鐵隧道正上方)，高鐵1隧道正線隧道拱頂最大變形約1.76mm，高鐵1隧道聯(lián)絡(luò)線隧道拱頂最大變形約1.15mm，施工荷載對隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，但數(shù)值滿足規(guī)范[9，10]，可控。

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　　作者：王學廣1鄒中權(quán)2