高速公路并行高铁隧道工程安全性分析.docx

? ? 高速公路并行高铁隧道工程安全性分析 ? ? 王超 （1.江西省勘察设计研究院，江西 南昌 330095；2.华东交通大学土木建筑学院，江西 南昌 330013) 0 引言 我国早期修建的高速公路在长时间的运营下，现今出现了不同程度的病害[1]，极大地增加了行车的安全隐患。此外，狭窄的路面限制了其通行能力，致使高速公路拥堵现象频发，因此旧高速公路的改扩建工程建设迫在眉睫。 由于高速公路和高速铁路相互间的密切关系，在高速公路的改扩建工程建设中，应充分考虑对高速铁路的影响[2]，特别是高铁隧道这类对变形要求极高的铁路[3-4]，故建立一套成熟的公铁并行风险控制体系是十分必要的。基于此，采用数值分析与R=P×C 定级法等手段，对某高速公路并行高铁隧道工程进行安全性分析，继而依此形成一套完善的公铁并行风险控制体系。 1 工程概况 1.1 高速公路概况 高速公路整体路基宽度41m，分离路基宽度2×20.5m，高速公路等级为八车道高速公路，设计速度为100km/h。 1.2 既有高铁隧道概况 某高铁隧道全长为113m。隧道采用明挖+临时仰拱的方法进行施工，洞身主要穿越粗面质凝灰岩，埋深较浅。隧道的线路见图1。 图1 隧道纵断面图 隧道洞内高度为10.88m，顶部距内轨顶面为9.08m，内轨顶面距隧道底部1.8m；宽度为14.7m，左右线中线距内轨2.2m，隧道中心线距左右线中线2.5m，内轨宽1.6m；隧道底部为C20 混凝土垫层，厚10cm，如图2 所示。 图2 隧道断面示意图（单位：cm） 1.3 公铁位置关系 高速公路紧邻高速铁路左侧布线，其中高铁的形式为隧道，高速公路路基为路堑的形式，路堑的最大挖方深度在31.88m，路基与隧道的最小距离为80m＞73.5m（5B，B 为 隧 道 宽 度），如 图3 所 示，满 足 规 范要求[5]。 图3 公铁位置示意图 2 安全风险分析 本文通过建立三维有限元模型，分析某高速公路施工对高铁隧道变形的影响，并根据数值计算结果以及现场风险源，对工程的安全性进行分析。 2.1 数值分析 本文采用MIDAS/GTS 三维建模分析，计算模型如图4 所示。土体选用MC 模型，隧道支护结构采用板单元模拟，本构模型选用弹性本构，具体土体参数见表1。 图4 模型示意图 表1 土体参数 在此次计算模型中，考虑最不利状况：高速公路与既有高铁间距取最小值80m 进行计算，且路堑挖方深度取最大值31.88m。 计算结果分析： 将各工况下的位移计算结果汇总如表2 所示。 表2 位移计算结果汇总 根据表2 可知，高铁隧道累计最大位移为0.65mm，位于X 方向（顺铁方向），故该工程高铁变形满足规范要求[6]。 2.2 高速公路施工对既有高速铁路附属设备影响 高铁隧道的电缆、通信、信号线缆均设置在隧道的缆槽内，且高铁隧道电气化设备也位于隧道内，故高速公路施工和运营对既有高速铁路电力、电气化、通信、信号影响较小。 2.3 运营阶段安全性分析 2.3.1 高速铁路防撞分析 高速公路路堑坡顶比路面高约10m，高速公路行车不易越过坡顶，故无需设置防撞护栏。 2.3.2 高速公路排水对高速铁路排水的影响 高速公路、高速铁路排水自成体系，雨水经过高速公路纵、横坡排入边沟后，汇至地下排水系统，故高速公路排水设施对高速铁路影响较小。 3 风险识别及风险定级 3.1 风险识别 某高速公路并行高铁隧道工程风险事件主要有：地质勘查准确度、施工机械、路堑施工和运营对高速铁路变形影响、运营阶段高速公路汽车行驶对高速铁路撞击安全影响、高速公路排水系统对高速铁路影响、高速公路在施工和运营阶段对既有高速铁路设备影响。 3.2 风险定级 根据高速公路设计文件及高铁隧道相关设计资料，结合前述数值计算结果，对高速公路进行风险评估（见表3），认为高速公路并行高铁隧道风险等级为II 级，风险可控，工程可行性较高。 表3 风险定级表 4 结论 对某高速公路并行高铁隧道工程安全性进行风险评估，基于研究内容得到结论如下： 第一，高速公路路基与高铁隧道的最小距离为80m＞73.5m（5B，B 为隧道宽度），满足规范要求； 第二，通过数值模拟结果显示，高速公路施工运营对高铁隧道变形影响较小，满足规范要求； 第三，高速公路路堑坡顶比高速公路路面高约10m，高速公路行车不易越过坡顶，故无需设置防撞护栏； 第四，高速公路、高铁排水自成体系，故高速公路排水设施对高铁影响较小； 第五，因高铁的附属设备均位于隧道内，故几乎不受高速公路施工影响； 第六，工程风险等级为II 级，风险可控，工程可行性较高。 ? -全文完-