拟建市政道路对既有轨道区间段安全影响评估

摇摇摇摇摇摇摇摇

摇摇公摇路摇交摇通摇技摇术

TechnologyofHighwayandTransport

摇摇摇摇摇摇摇摇

Vol.35摇No郾4

摇摇Aug.2019

DOI:10郾13607/j.cnki.gljt.2019郾04郾021

拟建市政道路对既有轨道区间段安全影响评估

周智海

(招商局重庆交通科研设计院有限公司,重庆摇400067)

摘摇要:为分析拟建市政道路对既有城市轨道交通的安全影响,以重庆市某道路工程为依托,采用有限元模拟方法,在建设期和运营期2种工况下对既有轨道6号线区间段典型断面进行了计算分析,结论为该拟建道路的建设对既有轨道交通设施的影响在安全范围内。

关键词:市政道路;轨道;安全评估;有限元分析

文章编号:1009-77(2019)04-0140-06摇摇摇中图分类号:U491郾1+2摇摇摇文献标识码:B

AssessmentonSafetyImpactofPlannedMunicipalRoadon

ExistingRailSection

(ChinaMerchantsChongqingCommunicationsTechnologyResearch&DesignInstituteCo.,Ltd.,Abstract:Inordertoanalyzethesafetyimpactoftheproposedmunicipalroadontheexistingurbanrailtransit,basedonaplannedmunicipalroadinChongqing,thispapercalculatesandanalysesthetwofacilitiesiswithinthesaferange.

workingconditionsofatypicalsectionofRailLine6intheconstructionandoperationstages,bymeansoffiniteelementsimulationmethod.TheconclusionisthattheimpactoftheroadonexistingrailtransitKeywords:municipalroads;rail;impactassessment;thefiniteelement摇摇随着我国城市化水平的不断提高以及经济的快急需发展地下空间[1]。截止2016年底,全国共26

邻近地铁隧道的影响。邵刚等[6]采用数值模拟的方法对岩质地层隧道常见的全断面法和台阶法2种施工方法近距离下穿既有隧道的影响进行数值分析。卢光杰[7]通过建立有限元模型,对上跨既有地铁隧道结构变形控制进行了计算分析,并建议将土体视为弹塑性介质进行非线性分析。海涛[8]对暗挖轨道交通隧道下穿既有轨道线保护施工技术进行了研究,着眼点在对既有轨道交通的影响和保护技术。于清浩[9]对新建隧道施工对既有隧道的影响进行了分析,提出既有隧道比较合理的变形预警值和容许值,以及既有隧道受影响的位置、范围及尺寸。目前的研究大多围绕着新建隧道对既有隧道的影响,而对于拟建市政道路对既有轨道的影响研究还较少。为保证轨道交通的运行安全,有必要对其安全性进

Chongqing,400067,China)

ZHOUZhihai

速发展,人口数量逐年增长,地面交通越来越拥堵,个城市已建有地铁或轻轨线路并通车[2]。随着城市轨道交通网的形成,拟建新的市政工程穿越既有地下结构物的情况越来越频繁。市政道路的建设必然对周围的岩土体产生扰动,从而对邻近轨道交通结构的内力和变形产生影响[3]。因此,许多学者围绕用ANSYS有限元软件建立三维模型和ABAQUS有限元软件建立二维模型,对某新建工程与临近既有地铁相互影响进行了研究。陈方敏[5]以杭州市某道路工程上跨地铁盾构隧道为例,采用人工设站自动测量测点的地铁保护监测方法,实测了道路施工对

基金项目:国家自然科学基金项目(51508496)收稿日期:2019-03-16

着近邻结构物的相互影响做了大量研究。唐武[4]运

作者简介:周智海(1982—),男,湖南省郴州市人,本科,高工,主要从事道路设计工作。E-mail:392472@qq.com。

摇第4期摇摇摇摇摇摇摇摇周智海:拟建市政道路对既有轨道区间段安全影响评估行评估。本文以重庆市某拟建市政道路为实例,对道路施工和运营期间对既有轨道交通的安全性影响进行分析。

1摇项目概况及区间典型断面选取

拟建道路Z路为重庆市内规划的一条南北向市政道路,其K0+760~K2+760段位于既有轨道6号线保护范围内,影响范围包含6号线内2段轨道区

141

间和1个轨道站点。拟建Z路和轨道6号线的平面关系见图1。

TBM法施工。隧道洞顶围岩埋深为15m~100m,TBM暗挖隧道为深埋隧道,成洞条件好,围岩级别为郁级。本文采用有限元模拟,选取典型断面的不同工况进行计算分析,研究拟建Z路对既有轨道6号线运行安全的影响。

轨道6号线区间段采用明挖+钻爆+复合式

图1摇拟建市政道路与轨道6号线平面关系

Fig.1摇PlanepositionrelationshipbetweenproposedmunicipalroadandRailLine6

2摇有限元数值建模

本文采用Midas/GTSNX软件[10]有限元软件对轨道交通隧道主体结构进行模拟分析。

根据拟建Z路与轨道6号线区间段的平面关系,选取1处典型断面进行分析,该断面的剖面见图2。该道路断面位于6号线区间隧道正上方,路基挖方深度约为16郾67m,道路实施前隧道埋深约为郾55m,道路实施后隧道埋深约为37郾77m。2郾1摇计算参数选取

计算时,岩土体的本构模型采用弹性Mohr-2郾2摇计算荷载确定

1)结构自重。

Coulomb准则,计算参数见表1。

单位:m

图2摇拟建市政道路与轨道6号线区间隧道剖面关系Fig.2摇SectionpositionrelationshipbetweenproposedmunicipalroadandintersectiontunnelofRailLine6

2)车辆荷载产生的地面超载取20kPa。

表1摇材料物理力学参数

弹性模量/GPa

0郾0051郾59933郾524郾850

泊松比0郾40郾360郾200郾20

粘聚力/MPa0郾0150郾775--摩擦角/(毅)

12郾033郾4--

Table1摇Physicalandmechanicalparametersofmaterials

模型围岩围岩二衬隧道管片

材料性质素填土砂质泥岩C40混凝土C50混凝土(折减0郾7)

天然密度/(kg·m-3)

2100256025002500

142

公摇路摇交摇通摇技摇术摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇第35卷摇

摇2郾3摇摇3)计算工况选取及模型

路基开挖或填筑荷载。

计算采用2种工况进行模拟:工况1为拟建道路路基开挖施工;工况2为拟建道路运营。

隧道衬砌结构用梁单元模拟,围岩、土体及建筑采用板单元模拟。计算模型的底面约束竖向自由度,侧面约束水平自由度,地表为自由面。

各工况下有限元模型见图3和图4。

图3摇道路路基开挖(工况1)Fig.3摇Subgradeexcavation(condition1)

图4摇道路运营(工况2)Fig.4摇Roadoperation(condition2)

3摇轨道路段区间的安全影响分析

采用有限元对轨道隧道结构变形进行计算,结果见图5~图8。由图5~图8可知,工况1下拟建道路路基开挖后引起的隧道衬砌结构最大竖向位移增量为4郾7mm、最大水平位移增量为-0郾9mm;工况2下道路运营阶段引起的隧道衬砌结构最大竖向位移增量为3郾7mm、最大水平位移增量为-0郾99mm。全保护技术规范按照CJJ/T》202—2013《[11]相关规定城市轨道交通结构安,隧道结构水平位移臆10竖向位移均满足规范要求mm,隧道结构竖向位移。

臆10mm,最大水平及采用有限元对轨道隧道结构弯矩、轴力、剪力云进行计算,其结果见图9~图14。

单位:mm

图5摇隧道竖向位移增量(工况1)Fig.5摇Thetunnelsvertical(conditiondisplacement1)

incrementof

单位:mm

图6摇隧道水平位移增量(工况1)

Fig.6摇Thehorizontaltunnels(conditiondisplacement1)

incrementof

单位:mm

图7摇隧道竖向位移增量(工况2)Fig.7摇Thetunnelsvertical(conditiondisplacement2)

incrementof

单位:mm

图8摇隧道水平位移增量(工况2)Fig.8摇Thehorizontaltunnels(conditiondisplacement2)

incrementof

单位:kN·m图9摇隧道衬砌弯矩(工况1)

Fig.9摇Bendingmomentdiagramoftunnellining(condition1)

摇第4期摇摇摇摇摇摇摇摇周智海:拟建市政道路对既有轨道区间段安全影响评估143

单位:kN单位:kN

图10摇隧道衬砌轴力(工况1)Fig.10摇Liningaxisoftunnels(condition1)

图13摇隧道衬砌轴力(工况2)Fig.13摇Liningaxisoftunnels(condition2)

单位:kN

单位:kN

图11摇隧道衬砌剪力(工况1)Fig.11摇Liningshearoftunnels(condition1)

图14摇道路运营阶段轨道隧道衬砌剪力(工况2)

缝螺栓结果见表4和表5。由于隧道结构预制钢筋混凝土管片接头的存在降低了隧道结构刚度,本文采用修正惯用法调整管环刚度及拼装效应。根据规范,在接头处弯矩降低系数为0郾7,在接头两侧的管

单位:kN·m

2种工况下隧道衬砌内力结果见表2和表3,纵

Fig.14摇Liningshearoftunnels(condition2)

图12摇隧道衬砌弯矩(工况2)

Fig.12摇Bendingmomentoftunnellining(condition2)

10003—2016《铁路隧道设计规范》[12]中衬砌计算规定。

片弯矩增大系数为1郾3。安全系数折减根据TB

表2摇剖面隧道衬砌内力计算结果(工况1)

Table2摇Calculatingresultsofinternalforceoftunnelliningonsection(condition1)

线路

截面位置顶拱

右线

仰拱边墙拱脚顶拱

左线

仰拱边墙拱脚

轴力/kN-1612郾0-1918郾8-2193郾6-1706郾1-1611郾4-1873郾2-2231郾6-1697郾8

剪力/kN-1郾0-8郾6-0郾34郾7-0郾6-8郾4-1郾12郾8

弯矩/(kN·m)

9郾3-3郾0-11郾312郾610郾2-1郾2-12郾413郾0

弯矩调整/(kN·m)

12郾0-3郾9-14郾716郾413郾3-1郾5-16郾116郾9

破坏类型小偏心小偏心小偏心小偏心小偏心小偏心小偏心小偏心

安全系数9郾36郾15郾69郾19郾36郾25郾59郾1

摇摇按照TB10003—2016《铁路隧道设计规范》破2、表3可知,隧道衬砌各部位在关键工况下,截面受2郾0,满足规范要求。

力类型均为小偏心受压,最小安全系数为3郾8,大于

按照CJJ/T202—2013《城市轨道交通结构安全坏阶段法计算的结构安全系数应不小于2郾0。从表

保护技术规范》相关规定,盾构管片接缝张开量小于2mm。从表4可知,按TB10003—2016《铁路隧道设计规范》规定裂缝宽度不需验算,管片接头纵缝最大张开量为0郾02mm,小于2mm,管片接头安全,故原衬砌结构截面及配筋满足承载能力及正常使用的要求。

144公摇路摇交摇通摇技摇术摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇第35卷摇

表3摇剖面隧道衬砌内力计算结果(工况2)

Table3摇Calculationresultsofinternaloftunnelliningonsection(condition2)

线路

截面位置顶拱

右线

仰拱边墙拱脚顶拱

左线

仰拱边墙拱脚

轴力/kN-1634郾5-1981郾3-2278郾0-1729郾4-1638郾2-1917郾8-2311郾1-1721郾9

剪力/kN-1郾0-9郾5-0郾213郾8-0郾2-9郾2-1郾63郾1

弯矩/(kN·m)

10郾5-3郾6-12郾613郾811郾4-1郾0-13郾614郾2

弯矩调整/(kN·m)

13郾6-4郾6-16郾318郾014郾8-1郾4-17郾618郾4

破坏类型小偏心小偏心小偏心小偏心小偏心小偏心小偏心小偏心

安全系数9郾25郾95郾49郾09郾36郾15郾49郾1

表4摇剖面隧道纵缝螺栓计算结果(工况1)

Table4摇Calculationresultsoflongitudinalstitchboltoftunnelsonsection(condition1)

线路截面位置

20毅

右线

1毅226毅298毅20毅

左线

1毅226毅298毅82毅0毅82毅0毅

轴力/kN-1630郾3-1612郾0-2014郾8-2000郾2-1967郾8-1630郾3-1609郾4-1639郾2-2136郾5-1948郾1-2049郾1-2014郾1

剪力/kN-1郾0-7郾91967郾84郾00郾010郾郾0

弯矩/(kN·m)

7郾8-6郾50郾61郾810郾2-8郾5-0郾6-5郾93郾17郾87郾郾3

弯矩调整/(kN·m)

5郾4-4郾50郾41郾35郾47郾1-6郾0-0郾4-4郾12郾15郾46郾5

破坏类型小偏心小偏心小偏心小偏心小偏心小偏心小偏心小偏心小偏心小偏心小偏心小偏心

安全系数5郾15郾14郾24郾44郾郾15郾15郾13郾94郾郾34郾2

纵缝张开量/mm

0郾010郾020郾010郾000郾000郾010郾020郾010郾020郾000郾000郾01

-5郾0-4郾7-11郾08郾49郾5

摇摇注:以隧道圆心为原点,水平向右为0毅,顺时针旋转取各角度对应的结构位置。

表5摇剖面隧道纵缝螺栓计算结果(工况2)

Table5摇Calculationresultsoflongitudinalstitchboltoftunnelsonsection(condition2)

线路截面位置

20毅

右线

1毅226毅298毅20毅

左线

1毅226毅298毅82毅0毅82毅0毅

轴力/kN-1653郾9-1634郾5-2087郾4-2053郾3-2021郾0-2163郾6-1633郾2-1663郾7-2208郾8-2002郾7-2101郾2-2087郾0

剪力/kN-1郾0-8郾7-10郾15郾00郾011郾44郾3

弯矩/(kN·m)

10郾50郾82郾08郾9

弯矩调整/(kN·m)

6郾2-5郾20郾61郾48郾06郾22郾27郾3

破坏类型小偏心小偏心小偏心小偏心小偏心小偏心小偏心小偏心小偏心小偏心小偏心小偏心

安全系数5郾05郾04郾14郾34郾33郾95郾05郾03郾84郾44郾24郾1

纵缝张开量/mm

0郾020郾020郾010郾000郾000郾010郾020郾020郾020郾010郾000郾01

-7郾5

-8郾111郾48郾83郾2

-5郾7

-5郾2-5郾2-11郾郾110郾3

-9郾4-0郾3-6郾9

-6郾6-0郾2-4郾8

摇摇注:以隧道圆心为原点,水平向右为0毅,顺时针旋转取各角度对应的结构位置。

摇第4期摇摇摇摇摇摇摇摇周智海:拟建市政道路对既有轨道区间段安全影响评估145

摇有限元计算分析摇采用同样的方式,从而可对既有轨道交通设施区间,可对区间其他多个断面进行段进行安全性评估。4摇结论

号线区间段隧道的最大竖向位移增量值和最大横向1)拟建道路工程施工及运营阶段引起轨道6

位移增量值均小于CJJ/T202—2013《城市轨道交通结构安全保护技术规范》规定的10mm位移控制指标,拟建道路实施对轨道区间段隧道正常运营无影响。

号线区间段隧道管片衬砌结构关键部位最小安全系2)拟建道路工程施工及运营阶段引起轨道6

数均大于2,裂缝宽度均小于0郾2mm,管片接头纵缝最大张开量均小于2mm,满足《铁路隧道设计规范》要求,不会影响隧道二次衬砌结构的安全性和耐久性。

参考文献

[1]摇王梦恕References

合利用探索,王永红[J].,谭忠盛北京交通大学学报,等.我国智慧城市地下空间综

,2016,40(4):1-8.al.

WANGExplorationMengshu,WANGontheYonghong,TANcomprehensiveZhongsheng,etundergroundspaceinChina忆ssmartcity[J].utilizationJournalofof

[2]摇张国宝BeijingJiaotongUniversity,2016,40(4):1-8.

[N]..中国的城市轨道交通如何从零跃居世界第一

ZHANG中国经济周刊,2017.

leapfromGuobao.zerotonumberHowdoesoneChina忆inthesworldurban[N].railtransitEconomicWeekly,2017.

China[3]摇石波的影响分析,郭军.[J].隧道施工对邻近建筑物和轨道交通隧道

公路交通技术,2015(2):111-116.SHIconstructionBo,GUOJun.AnalysisforinfluencesTechnologyonadjacentofHighwaybuildingsandandTransport,railtransitof2015tunnelstunnel

111-116.

[J].(2):[4]摇唐武北京.:某新建工程与临近既有地铁相互影响研究北京交通大学,2011.

[D].

TANGitsWu.neighboringResearchexistingofinteractionsubwaybetween[D].Beijing:Beijing

anewprojectJiaotongandUniversity,2011.

[5]摇陈方敏矿山测量.道路施工对邻近地铁隧道影响实测研究,2018,46(1):61-66.

[J].

CHENinfluenceFangmin.tunnel[J].withMineroadResearchSurveying,2018,46(1):61-66.

constructiononfieldabovemeasurementsadjacentofmetrothe[6]摇邵刚道的影响,罗维[J]..区间隧道暗挖施工对近距离既有铁路隧

公路交通技术,2019,35(1):91-96.SHAOexcavationGang,nearby[J].ofTechnologymetroLUOtunnelWei.

Influenceofunderground

ofHighwayontheexistingandTransport,2019,

railwaytunnel[7]摇35(1):91-96.

卢光杰制研究.[D].上穿工程对既有地铁隧道结构变形影响及控

北京:北京交通大学,2008.

LUupstructurecrossingGuangjie.[D].engineeringStudyondeformationBeijing:BeijingactingonJiaotongtheinfluenceexistedUniversity,2008.

metro&controltunnelof[8]摇海涛术研究.暗挖轨道交通隧道下穿既有轨交线保护施工技

[J].中国市政工程,2016(6):69-71,99.HAIundercuttingTao.

excavation[J].existingResearchChinarailwayonconstructionMunicipalcrossingtechnologyof

Engineering,2016lineinunderground69-71,99.

(6):

[9]摇于清浩道建筑技术.新建隧道施工对既有隧道的影响分析,2011(10):44-48,79.

[J].铁

YUinfluenceQinghao.onexistingAnalysistunnelsofnew[J].tunnelRailwayconstruction忆Constructions[10]Technology,2011(10):44-48,79.

周智海的评估技术研究.山地道路建设对既有轨道交通设施安全影响

[D].重庆:重庆交通大学,2017.ZHOUconstructionZhihai.[D].Chongqing:ChongqingonEvaluationthesafetyofoftheJiaotongexistingimpactUniversity,2017.

railoftransitmountainfacilitiesroad[11]广州地铁设计研究院有限公司全保护技术规范:CJJ/T202—2013[.城市轨道交通结构安

S].北京:中国建筑工业出版社,2013.

GuangzhouTechnicalurbanrailspecificationMetroDesigntransit:CJJfor&structuralResearchsafetyInstituteprotectionCo.,Ltd.ofConstructionIndustryPress,2013.

/T202—2013[S].Beijing:China[12]中铁二院工程集团有限责任公司TBChina10003—2016[S].forRailwayEryuan北京Engineering:中国铁道出版社.铁路隧道设计规范:

GroupCo.,,2016.Beijing:ChinadesignofRailwayrailwayPublishingtunnels:TBLtd.CodeHouse,2016.

10003—2016[S].