不均匀沉降作用下连拱隧道衬砌裂缝仿真分析

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1、公路隧道2012年第3期(总第79期)不均匀沉降作用下连拱隧道衬砌裂缝仿真分析金文良(广东省公路建设有限公司广州510600)摘要本文分析了连拱隧道不均匀沉降产生的原因，介绍了隧道衬砌裂缝仿真模拟基本原理，并针对隧道衬砌处于不均匀沉降情况下衬砌裂缝的形成和发展进行了数值仿真分析，可为连拱隧道没计、施工及维修管理提供有力依据。关键词连拱隧道不均匀沉降裂缝数值仿真近年来，随着我国交通基础设施建设规模的逐土力学性质差异所致，这种形式的沉降很容易产生步扩大，新的隧道结构型式和相应的施工方法不断剪切裂缝。(2)盆形沉降曲线，即两边沉降小，中间涌现，连拱隧道即是其中之一。由于连拱大跨度隧沉降

2、大。一般岩石隧道而言，中部上覆岩层厚、荷载道在受力分析上存在诸多不利因素，在设计和施工大，而端部上覆岩层薄、荷载小；同时中部压力相互方法上还不完善，尚处于摸索和积累经验阶段，而且影响高于端部的相互影响，且端部对受载区下沉有连拱隧道在国内外的研究还为数不多，因此其施工剪切阻力等共同作用的结果，它使地基反力在边缘难度很大，可借鉴的经验很少，已建和在建的连拱隧区偏高。(3)马鞍形沉降曲线，即中间沉降小，两边道也都不同程度的存在衬砌开裂变形、渗漏水等问沉降大。在福建某高速公路隧道的明挖法施工中，题。虽然已经有一些文献涉及到了连拱隧道病害及由于隧道中部的岩土力学性质较好，而两边的岩土其产生

3、的原因，但多数只是停留在对病害现象的总体的力学性质相对较差，隧道在两边的沉降较大而结上，很少对病害产生过程及其与施工过程的关系中间较小，隧道设计时又因为隧道较短没有设置沉进行系统分析。相对一般形式的公路隧道而言，双降缝，结果在隧道中部产生了一条环向裂缝，裂缝贯连拱隧道跨度大，衬砌结构型式种类多，穿越的地质穿了隧道衬砌。条件复杂多变，而且隧道设计时对地质条件的认识针对上述三种情况的不均匀沉降，对隧道衬砌总是不够全面准确，现有的隧道设计计算理论和方产生的变形压力导致裂缝产生进行仿真模拟。模型法还不成熟，由于双连拱隧道结构和受力的特殊性，主要取隧道中部30m洞身进行模拟，在不均匀沉降使

4、得对双连拱隧道裂缝的研究很少有报道。本文针模拟时主要考虑上述三种情况，对沉降曲线进行简对不均匀沉降作用下，分析连拱隧道裂缝产生机理化，把该隧道分成三端，平均10m一段，见图1；并考为以后设计、施工、维修加固提供参考依据。虑上述三种情况下衬砌裂缝产生发展主要分为五种情况，分别在不同差异沉降值情况下进行模拟，具体1不均匀沉降情况下连拱隧道裂缝的差异沉降值见表1。模拟思路分析中主要考虑三种情况的不均匀沉降，第一在连拱隧道建设中，隧道纵向穿过不同力学性种情况模拟0h10m段与其它两段有不均匀沉降时质的岩层，特别是在断层、破碎带、岩溶通过处，地基裂缝的产生以及发展规律，可以简化为第一种高低

5、承载力差异较大，当衬砌背后回填不对称，以及不同形沉降曲线下产生形变压力导致裂缝情况；第二种断面的衬砌抗不均匀形变能力的差异等原因，都有情况模拟第二段1O～20m与其它两段有不均匀沉可能导致隧道纵向不均匀沉降，引起纵向弯矩，产生降时裂缝的产生以及发展规律，这是盆形不均匀沉裂缝。这在隧道的出入口及岩层性质突变的地方往降曲线情况下产生形变导致裂缝产生的情况；第三往比较突出。种情况是第一、第三段0～10m段以及20～30m段隧道不均匀沉降的表现形式多种多样，其中最与第二段有不均匀沉降时裂缝的产生以及发展规常见的有以下形式：(1)高低形沉降曲线，即基础沉律，这是在马鞍形不均匀沉降情况下产生

6、裂缝的情降一边大、一边小。这是由于隧道一端或局部的岩形。·17·金文良等不均匀沉降作用下连拱隧道衬砌裂缝仿真分析模拟情况可以看出，马鞍形差异沉降曲线下的差异发展情况同盆形差异沉降曲线情况相反，向洞内发沉降值对隧道衬砌结构有较大影响。展的是仰拱处裂缝，发展较慢，随着差异值的增加，3小结在仰拱厚度方向裂缝已经贯穿，向洞口发展的是大小拱边墙裂缝以及中墙底部裂缝，发展速度较快，并通过上述对连拱隧道衬砌在不均匀沉降作用下向拱上发展。裂缝的模拟过程可以得出：(1)在高低形差异沉降曲线情况下，隧道衬砌裂参考文献缝主要产生在不均匀沉降处，随着差异沉降值的增大，裂缝从差异沉降点向两边洞口发展，边墙

7、裂缝还[1]潘昌实．隧道力学数值方法EM]．北京：中国铁道出版向拱部(拱肩)发展，仰拱处裂缝随着差异沉降值的社，1995．[2]王桂芳编著．隧道变形的共同变形理论[M]．成都：成增大贯穿衬砌。都科技大学出版社，1992．(2)在盆形差异沉降曲线情况下，隧道衬砌裂缝E32赵永明，邓松华．云南某隧道砼衬砌裂损原因及整治措随着差异沉降值的增大裂缝向洞口及洞内方向发施[J]．隧道及地下工程，1994，15(3)：33-36．展，向洞内发展的主要是大小拱边墙以及中墙底部E4J王铁梦．工程结