联拱隧道的结构分析

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1、联拱隧道的结构分析陈少华李勇摘要：通过一个典型的联拱隧道的结构分析，来解决联拱隧道的齐个开挖阶段围岩的稳定性、各阶段初期支护和临时支护的受力以及二次衬砌的受力等问题。关键词：联拱隧道；有限元法；结构分析分类号：U451.5文献标识码：A文章编号：1001-7372(2000)01-0048-04StructuralanalysisforajoinedrooftunnelCHENShao-huaLIYong(ChongqingHighwayScientificResearchInstiluteoftheM

2、inistryofCommunications,Chongqing400067,China)Abstract：Basedonatypicaljoinedrooftunnel'sstructrualanalysis,thestabilityofsurroundingrockineachcuttingstageofjoinedrooftunnel,theloadingofinitialsupportandtemporarysupportineachconstructionstage,theloadingof

3、secondaryliningarediscussed.Keywords：joinedrooftunnel;finiteelementmethod;structuralanalysis联拱隧道和分离式公路隧道是Fl前修建公路隧道的两种形式，在地质条件许可、土地使用昂贵，且路线分离困难时，可采用联拱隧道。联拱隧道由于它的高跨比很小(H/B<0.5),加之隧道开挖和支护相对于分离隧道要复杂，所以设计单位和施工单位很关心隧道建设屮围岩的稳定性和初期支扒二次衬砌的受力和安全性，这时结构分析在联拱隧道的设计和施工

4、中显得很重要。联拱隧道设计和施工中一般采用分步开挖、适时支护的方式，各开挖阶段的冇限元模型各不相同，再加上隧道围岩稳定性分析一般要考虑开挖后的应力释放等问题，所有这些都需要结构计算人员和设计人员紧密配合共同解决。最近交通部重庆公路科学研究所承担了同三线黄坛岭南段至岫岫岭隧道的设计验算工作，现将计算时考虑的问题及解决方法介绍如下：1联拱隧道所处地质和设计情况该隧道所处地质情况是围岩从II类到III类，埋深由5.5ni到54m不等。其中在III类围岩一段，设计人员认为最危险，地质情况如下：表层有13m的浮土

5、和松散体，下面是III类围岩(强风化花岗岩)，隧道开挖面的顶部到浮土底部埋深38.85m(图1),隧道开挖跨度24.60m,隧道开挖高度为9.97m。图1结构示意图1.1设计参数(1)初期支护10cm厚的喷射混凝土、3.5m长①22的锚杆;(2)50cm的二次模注衬砌，40cm厚的仰拱；(3)中隔墙厚230cm(图2)o图2开挖区域及支护结构1.2隧道施工设计步骤第一步:第二步：第三步：第四步:中间导洞(中隔墙修筑处)开挖；对屮间导洞进行临吋支护；修筑中隔墙；左侧导洞开挖；第五步：对左侧导洞进行初期支护

6、和临时支护(正洞开挖后连同临时支护挖掉);第六步：第七步：第八步:第九步：第十步：先对左洞拱顶注浆，后开挖拱顶上半断面；对左洞上半断面施作初期支护；修筑左洞二次衬砌；左洞全部开挖；修筑左洞仰拱，到此联拱隧道左洞修筑完毕；第I•一步：右侧导洞开挖；第十二步：对右侧导洞进行初期支护和临时支护；第十三步：对右洞拱顶注浆，后开挖拱顶上半断面;第十四步：对右洞上半断而施作初期支护；第I•五步：修筑右洞二次衬砌；第十六步：右洞全部开挖；第十七步：修筑右洞仰拱。该隧道的高跨比为G/B=0.405,理深与跨度Z比为38

7、.85/24.6=1.58<3.0,可见是典型的浅埋隧道。对设计和修筑这种隧道，设计人员很关心在隧道开挖和运营屮围岩的稳定性，初期支护和临吋支护的受力，施工完成后二次衬砌的安全性。为此笔者采用计算力学手段——有限元法，希望用这样的分析手段针对上述问题进行定量分析。2联拱隧道的结构分析2.1力学分析软件的选择隧道结构力学计算可选用传统的有限元分析法，但是它对有限元分析软件提出一些具体的要求：(1)必须模拟分阶段开挖及开挖过程小地应力的释放；(2)必须有模拟锚杆及初期支护作用的单元；(3)针对岩土介质的力学

8、特性，分析软件要考虑岩土的凝聚力C和计算摩擦角屮；(4)有适合岩土材料的强度评价方法(Mohr-Columb或Drucker-Prager强度理论)。针对上述问题笔者选用2—。结构有限元分析软件，该软件是岩土力学及地下工程专业分析软件。结构分析中，对于岩土采用二维平面应变单元，虽然隧道开挖过程中考虑三维效应，掌子面对开挖洞室有一定的约束作用，但随着开挖长度的増大，该约束作用逐渐减小，为安全起见述是选用二维平面应变单元比较合适。对于锚杆选用专