岩石偏压隧道动态分析与研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第24卷第3期地下空间Vo1．24No．32004年9月UNDERGR0UNDSPACESept．2004文章编号：1001．831X(2004)03—0312—03岩石偏压隧道动态分析及相关研究姜勇，朱合华(同济大学土木工程学院地下建筑与工程系，上海200092)摘要：通过系统研究岩石隧道，尤其是偏压隧道的围岩压力确定方法，及其结构计算方法，能够在施工过程中对隧道衬砌结构进行动态分析，及时调整隧道施工参数，达到最佳的效果。文中采用规范推荐方法确定反分析的初始参数，采用可变容差的单纯形法进

2、行荷载及地层参数的反分析，然后利用反演参数对衬砌内力进行正分析，以指导支护参数的确定。关键词：偏压隧道；荷载一结构法；反演方法中图分类号：U4514．文献标识码：A形成条件考虑了地形(坡率12)、地质条件(围岩类1引言别)以及外侧的围岩覆盖厚度(t)值三个因素，同隧道结构的计算方法有荷载结构法、地层结构时．该条文给出了在一定的坡率及围岩类别下形成法两类。荷载结构法采用与地面结构类似的计算偏压的上限t值，该t值主要是通过外覆土体的承方法，地层的约束作用采用某种假想分布模式的被载力检算决定的。钟新樵通过模型试验证实除了动抗力来模拟，这种方法

3、结构与荷载条件明确，可上述三个影响因素外，洞室大小、形状和施工步骤以直接用结构力学的方法计算；地层结构法将地层也是两个不同忽略的影响因素，它们的变化会从土作为承载结构的一部分，充分发挥地层自身的承载体内部应力场的分布上改变外覆土体的承载力，从能力，现在一般对于圆形结构有各种解析解，对于而影响t值的大小l4儿。非圆形单洞也可借助复变函数的保角映射方法得2．1设计阶段偏压荷载的计算到一些解析解或近似解nj。当洞室处于图1所示的情况时，将可能产生因陶伟明[2在二郎山隧道偏压段结构分析中，采地形条件而引起的偏压【6j。考虑岩柱两侧摩擦力用荷载结

4、构法，竖直压力假定与地面坡度一致(梯的作用，衬砌上的垂直压力的总和等于岩柱形分布)，侧向压力采用朗肯主动土压力理论，同时ABB0的重量减去两侧破裂面(AB和B0)上的考虑了弹性抗力的作用；将双层衬砌按等变形原理摩擦力。简化为单层衬砌计算。陈少华采用2D—a进行岩柱两侧面上的摩擦力，可由岩柱侧面AB和连拱隧道的二维有限元分析，其中将二衬取为实体滑动面AC所形成的岩体，在力的平衡条件下求单元。得。在荷载结构法中，围岩压力的确定至关重要，衬砌上承受的荷载强度可表示为目前的确定方法主要有泰沙基法、普氏理论、围岩分类确定法等。qi：7h。【1一下

5、7tanO](4)2偏压隧道的荷栽计算其中《铁路隧道设计规范》(JB1r3—85)对偏压隧道=taM—tanc~I+tanp(tan—tan0)+tan~tan0·收稿日期：2004-03．23(修改稿)作者简介：姜勇(19"70-)，男，山东省栖霞市，在读博士生，工程师，主要从事地下工程施工及岩土工程数值分析。维普资讯http://www.cqvip.com2OO4年第3期姜勇等：岩石偏压隧道动态分析及相关研究313在本工程中，由于监测项目较多，既有量值极小的位移，又有量值很大的衬砌内力值和围岩压力值，直接采用上述的目标函数，会出现小

6、量被大量吞噬的现象，即目标函数值由大量控制，而小量不起作用。因此，我们对目标函数进行了改造，采取如下的形式：∑(一“)_．，()=∑一(7)2“式中、“含义同上，其下标的意义为第i个．图I偏压荷载计算简图监测项目的第个测点。尼为监测项目数，为第个监测项目的测点数。A0=tanflo—tana1+tanflo(tan声一tanO)+tan~tanO反分析的优化方法目前有很多，梯度法总是沿着函数值下降的方向寻找最优点，因此开始优化时tan：tan声+／二：；．效率较高，但随着优化的进行效率开始降低，同时它找到的是局部最优点，而且对目标函数的

7、要求很t=t+√高(可导性、可显式表示等)；另外，还有很多别的优式中y——岩体的容重；化方法。这里采用单纯形法。^。——计算点处衬砌顶上的岩柱高度；本文采用同济曙光(C,eoFBA)软件，该软件具一每单位长度洞室顶部岩柱总重量；有荷载一结构法和地层一结构法的正、反演分析功能。对于荷载一结构法，反演分析的目标参量可以，2o——侧压力系数；是围岩压力，也可以是地层弹簧刚度，或者是二者，——滑动面与水平面夹角；一起参加反演；正分析可以是普通的山岭隧道，也a——地表面的坡角；可以是盾构法拼装隧道。——岩体的内摩擦角；——岩柱两侧的摩擦角，对于岩

8、石，=3隧道结构正分析计算原理(O．7—0．8)；对于土，=(O．3—0．5)；对新奥法施工首先采用光面爆破开挖洞室，然后于淤泥、流砂等松软土，=0。适时地施加喷锚支护，同时对洞室的位移、应力、应衬砌侧墙上