拓扑优化在隧道工程中的运用.pdf

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1、70探矿工程(岩土钻掘工程)2008年第12期拓扑优化在隧道工程中的运用沈才华，刘松玉，童立元(1．河海大学交通学院，江苏南京210098；2．东南大学交通学院，江苏南京210096)摘要：拓扑优化作为结构优化的高层次优化方法，目前正成为工程界研究的热点，而对于隧道工程的拓扑优化还未见研究成果。建立了隧道洞室的拓扑优化模型，利用高层次拓扑优化理论对隧道洞室进行了拓扑优化分析，提出了预强支护理论，即开挖围岩影响区内进行强支护结合复合衬砌支护的三层支护体系，通过拓扑优化分析确定了预强支护的具体位置。关键词：隧道工程；拓扑优化；结构优化；柔性支护；强

2、支护中图分类号：U457文献标识码：A文章编号：1672—7428(2008)12—0070—05ApplicationofTopologyOptimizationinTunnelEngineering／SHENCai—hua。’，Song—yu，TONGLi—yuan(1．CollegeofTraffic，HohaiUniversity，NanjingJiangsu210098，China；2．TransportationCollege，SoutheastUniversity，NanjingJiangsu210096，China)Abstra

3、ct：Topologyoptimizationisahighleveloptimizationmethodofstructuraloptimization，whichisafocusstudyofen—gineeringfield．Butthereisnoresearchachievementintopologyoptimizationoftunnelengineering．Inthispaper，tunnelmodeloftopologyoptimizationisestablished；topologyoptimizationanalysi

4、sontunnelcavernismadewithhigh—leveltopolo—gYoptimizationtheory；andpre—strengtheningsupporttheoryisputforward，whichisthree—layerssupportcombinedwithprimary—supportingandinnerliningandstrongsupportonwallrock．Theplaceofpre—strengtheningsupportisfoundoutbytheanalysisoftopologyop

5、timization．Itshowsthatthismethodisreasonableandeffectiveandcanbeusedasreferenceintheconstructionanddesignofroadtunne1．Keywords：tunnelengineering；topologyoptimization；structuraloptimization；flexibleretaining；strongsupport0引言软弱地层为前提，采用足够刚性的复合式衬砌结构，隧道洞室的支护理论，从较早采用的强支护理选用合理的开挖方式

6、，应用信息化量测反馈设计和论到目前普遍采用的新奥法柔性支护理论Llj，经过施工，以保证施工安全，控制地面沉降。长期的工程了很长的过程，体现了地下工程工作者对洞室支护实践证明，浅埋暗挖技术具有灵活多变、不拆迁、不原理的进一步的认识。新奥法的理论基础是围岩具影响交通、不破坏环境、造价低、隧道结构强度高等有自承能力，认为隧道设计与施工要充分发挥围岩突出优点，非常适合中国的国情。实际上，软岩的自承能力。Rabcewicz最早把新奥法思想用于奥地(土)隧道与硬岩隧道应用新奥法是有原则区别的，利阿尔卑斯山深埋硬岩隧道建设，采用柔性支护旨在需充分了解隧道开挖

7、过程中地层发生的变化，采取相应的加固方法和相应的支护措施，达到安全、经济充分利用“拱效应”——地层的自承能力。施工实践证明了利用围岩自承能力是可行的，新奥法这一的目的，这才是新奥法的精神实质。目前基于新奥法思想的柔性支护指导下的隧道概念在指导硬岩隧道结构设计和施工中是成立的。施工，仍出现很多问题，几乎所有的长大隧道均有局我国在20世纪70年代引入新奥法，得到迅速部的或较大的支护失稳事故发生，故进行支护理论推广，取得了良好的技术经济效果。2O世纪8O年的进一步研究很有必要。文章利用高层次的拓扑优代，铁道部隧道局王梦恕院士等创立的“浅埋暗挖化方法]

8、，建立合理的隧道洞室的拓扑优化分析模法”做了开创性工作，在软岩(土)隧道中采用新奥型，结合有限元数值计算方法进行了支护优化分析，法，一开始就抓住了问题