SDC在隧道设计与后期服务中的应用

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1、公路隧道2012年第2期(总第78期)道改线，但是地方政府不同意改线方案，要求原位复2．1数值分析过程简述建。因此乡道要从路堑式明洞上通过，针对此情况2．1．1计算基础资料初步方案考虑采用加强型路堑式明洞(80cm厚钢筋计算所涉及的材料主要为岩土、支护结构(混凝混凝土，qo25@20cm)。由于明洞的荷载明确，采用土、钢筋)，相应的材料参数参照《公路隧道设计规SIX2对初步方案进行优化，论证采用普通路堑式明范》(JTGD70-2004)(之后简称《隧规》)取值，见表洞(60cm厚钢筋混凝土，q~22@20cm)的可行性。1

2、～表2。表1岩土材料物理力学参数容重7(kN／ma)计算摩擦角(。)泊松比u弹性抗力系数k(kPa／m)回填土石1935{75×lO3浆砌片石2050}15O×1O3表2支护材料物理力学参数容重7(kN／m0)弹性模量E(kPa)泊松比u抗拉极限强度RI(kPa)抗压极限强度Ra(kPa)C25钢筋混凝土252．95×1070．22．O×10alJ9×104HRB335钢筋77

3、}3．35×10,5

4、2．1．2计算3-况考虑驷马隧道出VI的实际情况，分别对左右线明皿Ⅲ曲皿[I]卜zs洞进行计算分析，分两个工况：(1)212

5、况1(2E洞拱顶埋深4．5m，公路I级车辆荷载作用于拱顶)；(2)工况2(右洞拱顶埋深1．5m，公路I级车辆荷载作用于拱顶)。2．1．3荷载计算(1)土石荷载SIX2中明洞设计荷载参照《隧规))P91页的附录G以及《铁路工程设计技术手册隧道))P146页的计算方法进行计算，荷载计算结果如图3、图4所示。叫帅．。。圆皿曲Ⅲ[I]棚圈4-I-况2明涮土囱衙载减系数为1．0，因此最终的车辆荷载为：q一(12a)182a×1．o．4+×(．+)⋯一偏于安全的将荷载扩散角B取为30。，经计算，工况1的车辆荷载为：q一×1．．06kP

6、a工况2的车辆荷载为：q。=×1．0=25．34kPa图3工况1明洞土石荷载(2)车辆荷载SIX；中车辆荷载根据《公路桥涵设计通用规范}}P24页计算，车辆荷载后轴重力最大，为2×140kN，车辆后轴车轮的分布情况与荷载分布范围如图5所示。一一Q(1．4+2a)×(1．8+2a)车辆后袖车轮豹分奄耩况cb)车辆后轴车轮纳荷载分稚l瓶髓由于上方道路为2车道，故车辆荷载的横向折图5明洞上方车辆荷载分布范围·36·田志字等SDC在隧道设计与后期服务中的应用TIM巳12．1．4计算建模SFISlM；8。037计算方法采用《隧规》中

7、规定的荷载结构法，计m《142=44．207E丝M1§算模型为平面应变模型。明洞采用梁单元模拟，地层用不抗拉弹簧单元模拟。计算中单位制均采用kN—m，建立的计算模型如图6。图8工况2明洞结构安全系数2．2数值计算结果分析由图7、图8可知，在工况1(左洞拱顶埋深4．5m，公路I级车辆荷载作用于拱顶)条件下，普通路堑式明洞(60cm厚钢筋混凝土，2@20cm)结构最小安全系数为5．64，满足规范要求；在工况2(右洞拱顶埋深图6计算模型1．5m，公路I级车辆荷载作用于拱顶)条件下，普通路2．1．5明洞的安全性评价方法堑式明洞结构

8、最小安全系数为8．84，也满足规范要求。根据《公路隧道设计规范}}P41页9．2．4，明洞因此驷马隧道出口不必采用加强型路堑式明洞，采用衬砌最危险单元的安全系数应大于2．0。普通路堑式明洞即可。SFISF,3M丑5．637ELEI~142M一22．663EU丑162010年lO月，巴达路有承包人提出为了方便施工，可否将原设计Ⅳ型初期支护中的10×15格栅量16．985j钢架替换为I14工字钢钢架，应业主要求对此提案进行技术分析。3．1数值分析过程简述3．1．1计算基础资料昌雷一Ⅳ级围岩与支护材料参数均参照《隧规》取值，8。

9、l2l620242832364O443图76765工44况321，明洞结构安全系数见表3、表4E。769，一5814707了7777777表3围岩物理力学参数表围岩类型重度7(kN／m3)侧压力系数弹性抗力系数k(MPa／m)Ⅳ级围岩21．5O．22350表4支护材料物理力学参数容重7(kN／m3)变形模量E(kPa)泊松比u抗拉极限强度Rl(kPa)抗压极限强度Ra(kPa)C20混凝土222．1×1O70．21．7×1031．55×1O钢筋77

10、}3．35×lOS}3．1．2荷载计算期支护承担荷载如图9。Ⅳ型初期支护用

11、于Ⅳ级围岩深埋段，SDC中荷3．1．3计算建模载按照《隧规}}P29页计算，另据《隧规}}P185页，Ⅳ计算方法采用《隧规》中规定的荷载结构法，计级围岩中围岩+初期支护分担60～80，二次衬算模型为平面应变模型。喷射混凝土采用梁单元模砌分担40～2O，因此确定荷载分担比例如下：拟，地层用不抗拉弹簧单元模