公路双连拱隧道中隔墙形状与支撑形式研究

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1、双连拱隧道中隔墙形状与支撑形式数值模拟摘要建立了平面应变模型，模拟了双连拱隧道中隔墙不同形状和支撑形式和结构的影响，得出了曲中墙顶部支撑是合理的形状与支撑形式。关键词双连拱隧道曲中墙直中墙顶部支撑脚部支撑数值模拟1前言对双连拱这样的大跨度隧道，中隔墙的稳定性和受力的合理性是结构设计的重要内容。设计时如何选择合理的中隔墙形式影响到隧道的安全、工程费用和工程进度，以及防水性能。目前国内外常用的中隔墙形状有直中墙和曲中墙两种，中隔墙支撑形式有顶部支撑和脚部支撑两种，直中墙施工简单，曲中墙施工复杂，但是曲中墙模板利用率比直中墙高，因此节约成本。本文以二类围岩浅埋双连拱隧道为例,采用中导正洞台阶法施工对

2、直中墙顶部支撑、直中墙脚部支撑和曲中墙顶部支撑三种情况进行数值模拟分析，探讨了中隔墙的形式对结构的受力和位移的影响，以期找到二类围岩修建双连拱隧道时，中隔墙的合理断面形式和最优支撑形式。2中隔墙三种形状和支撑形式介绍图1给出了三种中隔墙形状及开挖步骤。中导正洞台阶法施工工序：⑴开挖中导洞；⑵中导洞支护；⑶中墙砌筑及铺设中墙顶防水板；⑷中墙右侧回填（或设置工字钢临时支撑）及中墙顶部回填；⑸左洞上台阶开挖；⑹左洞拱部初期支护；⑺左洞下台阶开挖；⑻左洞边墙初期支护；⑼左洞仰拱浇筑；⑽左洞铺设防水层及二衬混凝土浇筑；⑾右洞上台阶开挖；⑿右洞拱部初期支护；⒀右洞下台阶开挖；⒁右洞边墙初期支护；⒂右洞仰拱

3、浇筑；⒃右洞铺设防水层及二衬混凝土浇筑。图13基本假定与计算模型本文计算模型为线弹性平面应变模型，岩体的初始应力场仅考虑自重应力，只考虑一次衬砌和二次衬砌，锚杆和钢拱架认为是安全储备，地应力分步释放，开挖释放30％，初期支护完成后释放40％，二次衬砌完成后释放其余30％。围岩和混凝土的物理力学参数根据《公路隧道设计规范》中相应参数确定。不计中墙配筋。各类计算参数见表1。有限元计算物理力学参数表1材料类型弹性模量E（GPa）泊松比μ容重γ（KN.m-3）备注C2026.00.222体荷载G取10C2528.50.223Ⅱ19001.20.44数值模拟分析过程及结果计算结果表明：相同的支护措施和开

4、挖方法时，由于中隔墙形状和支撑形式不同，使得支护结构的应力分配不同，最终导致支护结构的应力和位移也不相同。图2和表2给出了三种中隔墙断面形状和支撑形式，按台阶法开挖时，结构的最大应力和中墙的最大位移直方图和数据表。图5－8由于直中墙脚部支撑中隔墙较薄，一衬荷载都作用在中墙上，所以，脚部支撑中隔墙应力远大于其它两种断面形式中隔墙应力。直中墙脚部支撑中隔墙的位移远大于其它两种断面形式中隔墙位移，而且，直中墙脚部支撑中墙位移分布不均匀，中墙很可能发生倾覆破坏。直中墙顶部支撑和曲中墙顶部支撑，支护结构的应力和变形规律基本相同，只是，直中墙顶部支撑中隔墙应力略大于曲中墙顶部支撑中隔墙应力。一衬应力：三种

5、中隔墙断面形式永久支护结构一衬最大拉应力σ1max和最大压应力σ3max分别为4.17、4.20、4.12和9.71、6.76、9.43。拉应力相差不大，压应力顶部支撑大于脚部支撑。二衬应力：三种中隔墙断面形式永久支护结构二衬最大拉应力σ1max和最大压应力σ3max分别为3.32、4.26、3.84和4.40、7.43、4.76。脚部支撑拉应力和压应力大于顶部支撑拉应力和压应力。中隔墙应力：三种中隔墙断面形式中隔墙最大拉应力σ1max和最大压应力σ3max分别为5.01、11.8、3.99和9.57、16.7、8.65。直中墙脚部支撑应力远远大于直中墙顶部支撑，曲中墙顶部支撑应力也较直中墙顶

6、部支撑应力小的多。隔墙位移：三种中隔墙断面形式中隔墙最大相对位移分别为7.576、9.317、7.575。直中墙脚部支撑位移最大，直中墙顶部支撑和曲中墙顶部支撑的位移相差很小。表2三种中隔墙形式支护结构应力与中墙位移计算结果内容工序一衬二衬中隔墙σ1max（Mpa）σ3max（Mpa）σ1max（Mpa）σ3max（Mpa）σ1max（Mpa）σ3max（Mpa）Umax（mm）直中墙顶部支撑4.179.713.324.405.019.577.576直中墙脚部支撑4.206.764.267.7311.816.79.317曲中墙顶部支撑4.129.433.844.763.998.657.5755

7、结论通过以上数值模拟分析可知：（1）直中墙脚部支撑脚中隔墙的主拉应力和主压应力远大于直中墙顶部支撑和曲中墙顶部支撑中隔墙应力。（2）直中墙脚部支撑中隔墙的位移远大于其它两种断面形式中隔墙位移，而且，直中墙脚部支撑中隔墙位移分布极不均匀，中墙很有可能倾覆破坏。（3）直中墙顶部支撑和曲中墙顶部支撑，支护结构的应力和变形规律基本相同，只是直中墙顶部支撑中隔墙应力略大于曲中墙顶部支撑中隔墙应力。（4）曲中