分水界隧道偏压段衬砌受力分析

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1、万方数据192公路与汽运Highways&AutomotiveApplications第4期2008年7月分水界隧道偏压段衬砌受力分析贺胜军(湖南华罡交通规划设计研究院，湖南长沙410076)摘要：高速公路隧道洞口段常存在浅埋、偏压等不利因素，在进行隧道结构设计时需要特别考虑。文中针对分水界隧道洪江端V级围岩浅埋、偏压段隧道衬砌结构，选取典型断面，运用有限差分软件FLAC20进行数值计算，分析了隧道支护结构的受力特征，进行了支护参数的检算与调整。计算结果表明，除隧道拱脚处受力最为不利外，其余截面受力较小，设计采用的支护参数满足安全性要求。．关键词：隧道；浅埋；

2、偏压；衬砌；数值分析中图分类号：U455．91文献标识码：A文章编号：1671--2668(2008)04—0192—03高速公路隧道洞口段经常处于傍山地段，在进行隧道支护结构设计时，需要考虑浅埋、偏压等不利条件对支护结构的影响。公路隧道设计规范规定，对于Ⅳ、V级围岩，二次衬砌应按照承载结构设计。由于公路隧道洞口段围岩条件较差，因此，在进行该段衬砌设计时，需要进行特殊的考虑。分水界隧道位于邵怀(邵阳一怀化)高速公路溆浦连接线二级公路塘湾至江口段，全长900m。隧道区地貌为低山～丘陵，植被较发育，附近有省道通过。隧道穿越山间沟谷。其中隧道洪江端右侧为省道，并存在

3、一定的偏压，该段隧道围岩为V级。设计中，对于V级围岩采用复合式衬砌，初期支护由系统锚杆、单层钢筋网、喷射砼、工字钢钢拱架组成，模筑砼作为二次衬砌。其中初期衬砌采用24am厚C20喷射砼，18型工字钢钢拱架间距为75cm，二次衬砌采用45am厚C25钢筋砼。为了分析V级围岩段隧道初期支护和二次衬砌的受力特征，采用有限差分法进行数值计算，以便进行支护参数的检算与调整。1数值计算1．1模型建立通过对比，选取分水界隧道K50+230断面作为典型横断面，该断面围岩级别为V级。隧道外侧最小覆土厚度约为7．5m，洞顶埋深约为7．9m，横断面地表处的坡度约为20。。按照设计文

4、件中的地质资料以及现场详测的断面尺寸，建立平面应变模型(如图1所示)。其中，模型的宽度取为90m，隧道上方地表按实际起伏状况建模，隧道底部往下取30m。模型边界约束条件：地表为自由边界，未受任何约束；左右边界分别约束水平方向位移，下边界同时约束垂直和水平方向的位移。采用FLAC2D进行分析计算，隧道围岩服从Mohr—Coulomb屈服准则，初始应力仅考虑自重应力。隧道初期支护仅考虑喷射砼以及钢拱架的作用，未考虑锚杆作用。初期支护及二次衬砌均采用梁单元，同时，在初期支护与二次衬砌之间加入界面单元模拟防水层。隧道开挖之后等效释放荷载的假崔鬻鬻*}崇崇睾嗥豢荣黼豢韶

5、寨鬻粜鬻繁荣黼崇豢豢※睾※黼糊黼黼豢豢崇素黼黼黼黼黼黼黼黼_jj∈嵌料料豢豢崇壤崇鬻豢{：}豢略豢糍崇鬻素÷jE誊鬻崇糍崇崔料籼豢鬻黼崇※崇崇*}鬻程中围岩变位受开挖步的影响更大。在进行现场监[2]李晓红．隧道新奥法及其量测技术[M]．北京：科学出控量测工作时应密切注意各种监控信息的变化，及版社，2001．时进行分析研究，找出其内在原因，并及时反馈给施工与监理单位，以便于及时发现问题和解决问题，以免造成重大安全事故。参考文献：[1]夏才初，李永盛．地下工程测试理论与监测技术[M]．上海：同济大学出版社，2002．[3]朱汉华．公路隧道设计与施工新法I-M]．北

6、京：人民交通出版社，2602．[4]徐林生．公路隧道围岩变形监测及应用FJ]．公路隧道，2000(2)．[5]JTGD70-2004，公路隧道施工技术规范[S]．收稿日期：2008--05—09万方数据公路与汽运总第127期Highways＆AutomotiveApplications193图1计算模型网格划分定：开挖的瞬间应力释放为20％，初期支护完成后再释放20％，二次衬砌施作完成之后释放剩余的60％。数值计算仅分析隧道衬砌的受力特征，对隧道实际施工过程未作考虑。必须说明的是，实际施工中采用的不同开挖方式，对于隧道支护结构的受力亦有影响。如不考虑施工过程，

7、即相当于模拟全断面开挖，其结果偏于保守。1．2计算参数确定围岩的计算参数参考规范以及设计资料确定，C20喷射砼以及C25钢筋砼的力学参数按照类比方法确定。初期支护钢拱架的作用采用等效方法予以考虑，即将钢拱架弹性模量折算给喷射砼。其计算公式为：Cx,gFE—E+些≤∑丝3‘式中：E为折算后的喷射砼弹性模量；Eo为喷射砼弹性模量；S。为钢拱架截面面积；Eg为钢材弹性模量；S。为喷射砼截面面积。数值分析计算参数见表1。表1数值分析计算参数点A、B、C、D、E、F、G、H(见图2)以及受力最大(Max)处的数值。另外，，为全面了解隧道结构的受力特征，将二次衬砌的弯矩和

8、轴力示于图3、4。由于未考虑施工过程，