梅志遠， 張志強

(西南交通大學交通隧道工程教育部重點實驗室，四川成都 610031)

隧道作為一種重要的交通結(jié)構(gòu)，因其在許多方面具有優(yōu)越性而被大力發(fā)展著。隨著隧道建設的發(fā)展，部分較早修建的隧道在各種因素影響下會出現(xiàn)損傷。對于較大的損傷修護會采用大面積破除既有結(jié)構(gòu)進行重新澆筑混凝土的方法。因此，有必要對新澆混凝土時鋼模支架結(jié)構(gòu)的合理布置方式進行研究。

目前許多學者對于既有隧道維護進行了研究，朱旺等[1]以某鐵路隧道工程為背景，檢測出襯砌背后空洞、二襯裂縫、施工間隙縫較多，從各病害出現(xiàn)原因入手針對性總結(jié)出解決措施；陳有玉[2]對既有高速公路隧道滲漏水病害進行研究，歸納總結(jié)了各種滲漏水病害的發(fā)展，并對每種病害提出解決措施；陳平等[3]以貓頭嶺隧道底板掏空病害的二次整治措施為例，針對第一次整治后病害仍存在的原因進行了分析,通過2次整治措施的對比,論述了有效進行既有線富水隧道掏空病害整治的技術(shù)措施；劉均紅[4]以拉濱鐵路太平嶺隧道為工程背景,分析了隧道襯砌開裂的成因、性質(zhì)和特點,并根據(jù)不同程度的襯砌破壞情況,提出了整治襯砌開裂病害的原則、措施和施工方法；曾水長[5]針對大面積滲漏水、施工縫與伸縮縫滲漏水、襯砌開裂等幾種鐵路隧道病害類型,分別提出拱部襯砌壁后注漿、引排堵漏、WTD中空注漿錨桿與網(wǎng)噴混凝土等整治方案與具體施工方法、安全措施。本文以某雙線既有鐵路隧道為工程依托，通過對新澆混凝土時的鋼模支架結(jié)構(gòu)進行計算，以期為后期類似工程提供有益參考。

1 工程概況

1.1 隧道斷面

本工程為某雙線既有鐵路隧道，因隧道某位置出現(xiàn)大面積病害，主要分布在拱頂180°范圍，隧道斷面如圖1所示。經(jīng)研究決定破除既有二次襯砌結(jié)構(gòu)進行新澆筑混凝土，二次襯砌厚度為500 mm，澆筑縱向長度為10 m 。采用5 mm厚的鋼板和18號工字鋼進行支護。

圖1 隧道橫斷面示意

1.2 荷載計算

本次結(jié)構(gòu)計算考慮永久荷載和可變荷載。各荷載如表1所示，各工況設置如表2所示，通過計算可得施加在鋼模板荷載為30.3 kN/m2。

表1 計算參數(shù)

表2 計算工況

2 數(shù)值模擬

隧道模型尺寸如圖2所示，三維模型的邊界范圍為按照隧道隧道橫斷面尺寸，以及各構(gòu)件尺寸進行建模，模型縱向長度為10 m，并設置相應邊界條件。

圖2 隧道橫斷面示意

2.1 各工況鋼架應力計算結(jié)果

各工況鋼架計算結(jié)果如圖3所示，從圖3中可知，鋼架應力分布情況為拱腳處較大，其它部位較小，工況1應力最大值為182.2 MPa，工況2應力最大值為212.2 MPa，工況3應力最大值為251.5.0 MPa。鋼架應力分布絕大部分區(qū)域應力值小于150 MPa，極少處應力值大于150 MPa。

圖3 各工況鋼架應力分布

2.2 各工況鋼模板應力計算結(jié)果

各工況鋼模板應力計算結(jié)果如圖4所示，從圖4中可知，鋼架與鋼模板接觸區(qū)域應力值較大，其它區(qū)域數(shù)值較小。工況1應力最大值為31.7 MPa，工況2應力最大值為99.0 MPa，工況3應力最大值為68.6 MPa。

圖4 各工況鋼模板應力分布

2.3 各工況鋼模板豎向位移計算結(jié)果

各工況鋼模板豎向位移計算結(jié)果如圖5所示，從圖5中可知，拱腰處鋼架與鋼模板接觸區(qū)域豎向位移值值較大，其它區(qū)域數(shù)值較小。工況1位移最大值為3.44 mm，工況2位移最大值為4.29 mm，工況3位移最大值為5.84 mm。

圖5 鋼模板豎向位移分布

2.4 各工況既有混凝土應力計算結(jié)果

各工況既有混凝土應力計算結(jié)果如圖6所示，從圖6中可知，既有混凝土最大主應力值較小，呈上部受拉，下部受壓。工況1最大拉應力為24.8 kPa，最大壓應力為12.9 kPa，工況2最大拉應力為24.9 kPa，最大壓應力為12.9 kPa，工況3最大拉應力為25.1 kPa，最大壓應力為25.7 kPa。

圖6 既有混凝土應力分布

3 結(jié)論

通過建立鋼模支架結(jié)構(gòu)數(shù)值模型，對比分析不同工況鋼支架應力、鋼模板應力、鋼模板豎向位移、既有混凝土應力計算結(jié)果，得到結(jié)論：

(1)隨著鋼拱架間距增大，鋼拱架最大應力變大，既有混凝土應力值基本不變。

(2)鋼架應力分布規(guī)律為拱腳處較大，其它部位較小，鋼模板應力分布結(jié)規(guī)律為鋼架與鋼模板接觸區(qū)域數(shù)值較大，其它區(qū)域較小。鋼模板豎向位移分布規(guī)律為拱腰處鋼架與鋼模板接觸區(qū)域數(shù)值較大，其它區(qū)域較小。既有混凝土應力分布規(guī)律為上部受拉，下部受壓。

(3)各工況計算結(jié)果均未超過結(jié)構(gòu)承載能力，結(jié)構(gòu)強度滿足要求。