软土地基上喷射混凝土衬砌的设计

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1、软土地基上喷射混凝土衬砌的设计摘要：在最近20年内，喷射混凝土衬砌隧道在英国迅速发展。为了更新过去的设计理念和方法，对软质岩层中SCL隧道的未来发展趋势进行讨论。从过去SCL隧道的设计概述开始，特别是临时喷射混凝土衬砌，依次介绍最近在设计观念上大多数重要性的转变，从临时性衬砌到永久衬砌的过渡，与它的安全建设、成本和环境影响的含义，以及最近一些在数理模型技术上的进步对永久衬砌设计的促进。总之，对隧道喷射混凝土衬砌设计在未来的发展趋势进行讨论，特别是“复合壳”衬砌，以及建筑项目的潜在利益、成本和环境影响，然后提出改善软质岩层隧道衬砌数

2、值模型的一些想法。　　关键词：软土地基；SCL技术；衬砌；设计理念　　：U455：A：2095-6835（2014）11-0081-03　　1介绍　　使用喷射混凝土衬砌是软质地基隧道用喷射混凝土来支撑临时或永久开挖的一种建造方法。与其他方法相比，比如隧道掘进机技术（TBM），SCL技术的最大优势就是它允许隧道与连接在不同横截面和尺寸的建立比较适合；同时，SCL技术的成本比较低，适合长度较短的隧道施工。　　2临时建筑的SCL设计　　直到最近，由一层临时性喷射一次衬砌、一层防水模板和一层永久性二次衬砌组成的SCL隧道主导了市场，这是对

3、安全水密性和耐久性的考虑。从全文的意思来看，这叫作“SCL的一次衬砌牺牲”。SCL仅仅被当作临时建筑的因素有两个，即喷射混凝土的局限性和设计方法的局限性。以下将分别对这两个因素进行讨论。　　2.1SCL技术的局限性　　20年前，喷射混凝土的早期强度发展是作为地面支持工作的首要任务，只是因其他性能不得不作出让步，这就导致了SCL技术只能被当作临时结构。那时，在隧道行业的主要关注中，与SCL相关的有加速剂导致的长期低化的最终强度、钢筋背后的衰减导致的长期耐久性问题、干湿混合喷涂和手工喷涂导致的质量控制差异问题。　　2.2设计方法的局限

4、性　　缺乏可靠的设计方法是SCL被认为只能作为临时结构的另一个原因，特别是在软土地基上，比如黏土。隧道行业是一个基于经验的行业，经验方法被广泛采用。然而，软土地基的经验方法大多是根据对先前地区进行实践评估得出的，并未被普遍接受（ICE2004）。同时，封闭分析方法也因隧道设计而发展。然而，它们中的大多数不适合SCL隧道，因为多步骤的SCL建设序列引起土结构的复杂多变的相互作用无法被准确地模拟。直到20世纪90年代，数值模拟仍没有被作为对SCL隧道可行的一种设计工具而考虑，这主要是因为其计算力不足。　　第一个建立于软土地基上的SCL

5、隧道是1992年建于伦敦的希斯罗机场试验隧道。设计使用了有限差分软件FLAC2D（DeaneBassett1995）。这个项目代表着当时英国最先进的设计。该项目主要有以下几个特点：①采用了保守方法。由于之前缺乏当地的项目，对于伦敦的黏土采用最坏情况的参数。②一个小应变非线性刚度分向同性模型被用来模拟伦敦黏土的顶峰状况。③应变的软化应力—应变关系采用峰后的数值。④假设弹性模拟方法（HME）是用来模拟早期的喷射混凝土和3D效果隧道形体的影响。尽管有些人尝试给它一个理论基础，但HME实际上还是一个经验校正因数（Tomas，2008）——

6、一个非常有用但仍然是经验的因数。　　希思罗机场实验隧道的成功，给隧道行业在伦敦软土地基上建设SCL隧道极大的信心。然而，希思罗机场项目也为设计师带来了更大的挑战，因为它在靠近航站楼的地方包含了3条大口径的平行SCL隧道（范登、伯格等人，2003）。这些隧道之间由区间隧道连接。设计师主要面临的挑战有：①之前关于补偿灌浆造成的SCL隧道额外的经验太少；②SCL隧道引起的地面运动造成建筑损毁的潜在危险很难估计；③关于新SCL隧道建筑引起相邻SCL隧道额外的知识很缺乏；④区间隧道连接处的集中应力缺少可用来估计的数据。　　为了确保安全，设计

7、师在SCL隧道里放了大量钢筋。对于横截面直径为9m的隧道，临时喷射混凝土衬砌包括300mm的喷射混凝土、两层直径8mm的钢筋X和全断面格构框架，保持配筋率为0.23%.这个量的钢筋喷涂很困难，可能导致质量　　控制和衬砌长期耐久性问题。可以这么说，SCL被认为是临时结构不仅是因为喷射混凝土技术发展的不足，也因为缺乏有效的设计方法。应该注意的是，除了设计的局限性，希思罗机场实验隧道施工失败也摘要：在最近20年内，喷射混凝土衬砌隧道在英国迅速发展。为了更新过去的设计理念和方法，对软质岩层中SCL隧道的未来发展趋势进行讨论。从过去SCL隧

8、道的设计概述开始，特别是临时喷射混凝土衬砌，依次介绍最近在设计观念上大多数重要性的转变，从临时性衬砌到永久衬砌的过渡，与它的安全建设、成本和环境影响的含义，以及最近一些在数理模型技术上的进步对永久衬砌设计的促进。总之，对隧道喷射混凝土衬砌设计在未来