新建公路填挖方对下方既有隧道的影响分析

新建公路填挖方对下方既有隧道的影响分析

司君岭

（西南交通大学，四川成都610031）

【摘要】文章针对国内某拟建的高速公路辅道在修建过程中与既有隧道存在立体交叉的工程状况，

3D

采用FLAC有限差分软件模拟得到交叉里程段施工前后的围岩主应力场和结构位移，对比分析既有隧道上填方对围岩主应力、既有隧道和路基结构位移影响较挖方填挖方及路基施工对既有隧道的影响。结果表明，方影响更大，在填挖方施工一段距离后，既有隧道结构基本处于稳定状态，无继续劣化现象。

【关键词】新建公路；

既有隧道；

数值分析；

填挖方

【文献标志码】A2．2

支护参数的确定

该隧道采用复合式衬砌结构，衬砌参数列于表2中。

表2

材料喷射混凝土二次衬砌

等级C25C30

支护结构参数表

弹性模量/GPa泊松比

3031．5

0．20．2

重度/（kN·m－3）

2325

【中图分类号】U452．2+6

1工程概况

国内某拟建的高速公路辅道与下伏既有隧道存在2处

K13+立体交叉段。断面里程分别为K12+908（填方断面）、745（挖方断面）。在既有隧道上方进行土方开挖、填筑时，在

如果结构变形施工过程中不可避免地对下方隧道产生影响，

以及结构应力超过既有隧道的设计极限值，会直接导致整个

［1～3］

。因此，有必要对高速公路辅道结构体系发生严重损坏

施工期间既有隧道的变形规律进行分析，以此评估既有线的

保证既有隧道的正常运营。安全状况，

3数值模拟结果及分析

2模型建立

3D

既有隧道上方填挖方施工对隧道－围岩结构而言是卸载

或加载的过程，会导致隧道的附加变形，而隧道同时受到水

［1］平侧压力和竖向压力，因此产生变形的过程是复杂的。本次计算提取交叉里程段工况的围岩主应力场、结构位移来分

本文计算采用有限差分计算程序FLAC，计算模型（图

1）所取范围是横向取60m，纵向90m，填方模型高度78．31m，挖方模型高度92．06m。模型上方地表为自由边界，四周设置法向约束。填挖方后路面施加10kPa的荷载。

析既有隧道上方填挖方及路基施工对既有隧道的影响。3．1填挖方后围岩主应力场分析

一般情况下围岩的抗拉强度都比较低，因此很容易在拉应力的作用下产生拉裂破坏，尤其是在拱顶位置上，常常是引起隧道坍塌的原因。因此，分析隧道围岩的受力对研究隧道的稳定性来说是很重要的。下面重点研究在中间截面附近的围岩应力状态。隧道填挖方及路基施工完成后，围岩的最大主应力云图如图2、图3所示。

（a）填方交叉断面

图1

（b）挖方交叉断面

计算模型平面

图2

K12+908交叉断面施工完最大主应力云

2．1围岩参数的确定

根据地质勘察报告提供的土体物理力学性质，模型中围

岩物理力学参数见表1。

表1

岩土名称三级围岩

重度/（kN·m－3）

24

围岩物理力学参数弹性模量/GPa

13

泊松比0．28

内摩擦角/°45

内聚力/MPa1．1

K12+908交叉断面施工完成后从图2、图3中可以看出，

的围岩的最大压应力为2．3778MPa，较大的压应力集中发［2018－07－31定稿日期］

［作者简介］司君岭（1995～），男，硕士，从事隧道与地下工程方面研究。

四川建筑第39卷2期2019.4

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·铁路与公路·

图3K13+745交叉断面施工完最大主应力云

生在隧道拱腰位置；拉应力集中于隧道直墙和拱底位置，且量值很小；K13+745交叉断面施工完成后，围岩的最大压应力为2．3770MPa，较大的压应力集中发生在墙角位置；拉应力集中于隧道直墙和拱底位置，且量值很小。综合分析两个交叉断面，填方断面施工完成后围岩应力

但是两者应力值均较小，由于各工况均处于深埋，较挖方大，

应力最大值相差不大，可见该既有隧道上方填挖方对既有隧

道的围岩应力影响较小。3．2

监控点填挖方前后位移分析从图4、图5可知，左右两边围岩的竖向位移相对于隧道

图6

地表路面位移变化曲线

填方后施做路基，相当于在既有隧道上方施是对称分布的，加荷载，造成既有隧道的位移值明显增大；而挖方后相当于在既有隧道上方卸掉部分荷载，其围岩位移值反而有所减［2］

小。K12+908交叉断面在填方及施做路基后，围岩及路面的最大下沉量为1．554mm，发生在地表路面位置，最大隆起

发生在隧道拱底位置；K13+745交叉断面在量为0．746mm，

挖方及施做路基后，围岩及路面的最大下沉量为0．326mm，

发生在隧道拱顶位置，最大隆起量为2．100mm，发生在隧道拱底位置；将监控点设在模型沿既有隧道纵向10m断面处，地表路面及隧道拱顶的监控位移汇总（图6、图7）。

图7

拱顶沉降变化曲线

控点的位移变化值均处于稳定状态，说明在填挖方一段时间

［3］

后，既有隧道结构基本处于稳定状态，无继续劣化现象。综合分析，各工况断面的位移变化值均较小，均在安全控制

因此既有隧道上方填挖方对隧道的位移影响较小，范围内，

能保证隧道的安全。

4结束语

本文利用数值模拟研究了道路修建过程中，填挖方对下

方既有隧道受力和变形的影响，并得到如下结论：

（1）K12+908交叉断面和K13+745交叉断面施工完成后的围岩的最大主应力均集中发生在隧道拱腰位置，且填方断面施工完成后围岩应力较挖方断面大，但是两者应力值均可见该既有隧道上方填挖方对既有隧道结构影响较小，甚微。

图4

K12+908交叉断面填方后位移云

（2）围岩位移关于既有隧道呈对称性分布，填挖方相当于在既有隧道上方加载（卸载），造成既有隧道的位移值增大（减小）。

（3）在填挖方一段距离后，既有隧道结构基本处于稳定状态，无继续劣化现象。同时各监测点位移值均较小，能够满足既有隧道变形安全要求。

参考文献

［1］李洋．软弱围岩既有隧道上方挖方与填方对承载拱效应影响

图5K13+745交叉断面挖方后位移云

2016．研究［D］．成都：西南交通大学，

［2］王凯，崔艳明，邓丽华．岩质基坑开挖对下方既有隧道变形影响

2015，11（S2）：611－616．分析［J］．地下空间与工程学报，［3］练广龙．基坑开挖对下卧既有盾构隧道的变形影响研究［D］．

2014．广州：华南理工大学，

K12+从地表路面位移曲线及隧道拱顶沉降曲线可知，908断面的位移变化较大，说明填方对隧道及路面的稳定性影响比挖方影响更大；当隧道掌子面推过一段距离后，各监

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