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1、第18卷第5期岩 土 工 程 技 术Vol118No152004年10月GeotechnicalEngineeringTechniqueOct,2004文章编号:1007O2993(2004)05O0258O05隧道施工数值模拟及衬砌强度安全系数分析王 勇(北京交通大学土建学院,北京100044)【摘 要】 以某隧道为背景,采用二维弹塑性有限元分析方法,模拟隧道开挖和支护过程,计算衬砌和围岩内力及衬砌的强度安全系数,研究衬砌厚度变化对其安全系数和结构稳定性的影响,探讨最小衬砌安全厚度,为类似隧道设
2、计施工提供科学依据。【关键词】 隧道;有限元方法;数值模拟;强度安全系数【中图分类号】TU94NumericalSimulationonTunnelConstructionandSecurityAnalysisoftheLiningStructureStrengthWangYong(CollegeofCivilandArchitectureEngineering,BeijingJiaotongUniversity,Beijing100044China)【Abstract】Byusingthe2DO
3、FEMofelasticOplasticity,simulationoftunnelexcavationiscarriedout,andtheinternalforceandsafetycoefficientoftheliningiscalculatedtoinspectstructuresecurity.Thenthethesisdiscussestheeffectofthicknesschangingonliningsafetycoef2ficientandstructurestability
4、,thusoffersguidanceandreferenceforthedesignandconstructionofsimilarhighwaytunnel.【Keywords】tunnel;FEM;numericalsimulation;safetycoefficient0 引 言为掌握衬砌厚度变化引起的围岩和支护结构的力学隧道衬砌的投资约为隧道全部投资的1/4～状态,特别是衬砌厚度变化与其自身内力和强度安1/3。由于各种人为和客观因素,建成的实态衬砌结全系数的关系,本文以某隧道为背景,通过
5、有限元数构与理想设计条件下的结构相差很大,特别表现在值模拟的方法,对隧道结构的开挖和支护过程进行[2]因各种施工因素而引起的衬砌厚度的变异性上。据二维弹塑性分析,并通过改变模型衬砌厚度,探[1]有关资料显示,二次衬砌各截面的厚度能全部严讨衬砌厚度变化与隧道结构变形、内力的关系,计算格达到设计要求的隧道仅占50%左右,这不仅降衬砌强度安全系数,并以此对隧道衬砌安全性进低二衬的安全储备能力,影响隧道使用寿命,更危及行评价,探讨最小衬砌安全厚度,从而为隧道衬砌隧道和行车安全,隐患相当严重。隧道二次衬砌设
6、计和施工的安全可靠性提供科学依据和技术指厚度不足引起的隧道病害情况越来越为人们所导。 重视。因此探讨隧道衬砌厚度对隧道结构可靠性1 隧道模型及计算结果分析的影响,评价衬砌强度的安全性,是当前亟待解决的根据某隧道的初步设计资料,该隧道为单洞双车问题。 道,隧道穿越地段围岩多为Ⅲ类,支护结构为曲墙式传统观念认为对于复合式衬砌的隧道结构,在带仰拱复合衬砌。隧道二衬厚度设计值为35cm,较坚固的地层中,二衬可仅作为安全储备,其厚度达但因施工原因,二衬实测厚度在全里程内有较大变到施工允许的最小厚度即可,
7、但在不低于施工允许化,实测值从15～40cm均有涉及,其中约一半区间最小值时,改变二衬厚度对结构强度安全有何影响,段厚度低于设计值。本次有限元模拟计算根据实二衬厚度与其强度安全系数间存在怎样的关系,如际隧道衬砌厚度变化和不足情况、隧道围岩类型以何确定衬砌的最小安全厚度,这些问题无论是定性及埋深大小等因素,建立模拟隧道空间开挖的二说明,还是定量评价都有待进一步的探讨和研究。维有限元模型进行分析,通过改变模型衬砌厚度,计作者简介:王 勇,1980年生,男,汉族,山东泰安人,2002年毕业于北京交通大学
8、,在读硕士研究生。E—mail:yongwang3@so2hu.com王 勇:隧道施工数值模拟及衬砌强度安全系数分析259算隧道结构变形和内力,分析衬砌厚度和其强度安112 计算参数全系数的关系,并对该隧道衬砌安全性进行评价。计算采用二维弹塑性分析,围岩材料采用为方便起见,仅建立了二衬厚度为15cm、20cm、DruckerOPrager模型。各个地层及衬砌的物理力学25cm、30cm、35cm、40cm六个模型探讨其变化规参数根据隧道勘测和设计资料中的实际力学参数确律。定。计算中
