大荷载下明挖暗埋隧道结构研究

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1、大荷载下明挖暗埋隧道结构研究　　摘要：针对城市中明挖暗埋隧道在穿越埋深较大、地下水位较高的情况，利用有限元软件对直线型结构和折线型结构模型进行计算，通过对结果的分析对比，折线型结构能大大改善结构的受力状况，更能满足结构安全、经济的要求。关键词：明挖暗埋，隧道，有限元，折线结构中图分类号：U45文献标识码：A文章编号：1引言明挖法（opencutmethod）指的是先将隧道部位的岩（土）体全部挖除，然后修建洞身、洞门，再进行回填的施工方法。明挖法具有施工简单、快捷、经济、施工风险小、工期快的优点，埋深较浅且有充裕施工空间的城市地下隧道工程都把它作为首选的开挖技术

2、。有限元法是将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的近似解，然后推导求解这个域总的满足条件，从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。在明挖隧道计算分析中，由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。52工程地质概况2.1工程概况拟建项目采用隧道方式下穿河道，河床处隧道埋深约为2米，河堤及堤外地面回填高度高约10米。河堤公路按公路Ⅰ级荷载考虑。2.2地形地貌本段属丘陵地貌，地形起伏不大，地面高程为34-66m。冲沟及谷

3、地中分布有水塘及农田，山坡较缓，坡度一般20-35°，山上植被较发育。2.3地层岩性隧道主要地层分为第四系和元古界冷家溪群，将本段地层按新到老分述如下：第四系覆盖层1）种植土：黄褐色，含植物根系，厚约0.5m。2）粘土：分布于山坡上为黄色，硬塑，厚约0-5.0m，具网纹状结构；分布于冲沟等低洼地段，褐黄色，可、可硬塑，局部呈软-可塑，厚约3.0m。基岩元古界冷家溪群（Ptl）板岩：板状构造，全路段差异风化明显。1）全风化层，黄色，呈硬塑土状。2）强风化层，黄灰色，局部夹紫红色，岩质软，节理裂隙发育，裂隙面多被铁锰质浸染，呈褐黑色，岩石破碎。53）中风化层灰色或

4、青灰色，岩质坚硬。4）构造破碎带岩性软，泥质胶结，角砾成分以石英和板岩碎块为主，呈碎块夹泥状，仅局部分布。2.4岩土工程参数取值经过勘察和试验，各地层岩土体主要力学指标如下：表1岩土主要力学指标推荐值表3计算模型建立本文中采用MIDAS/GTS软件对结构进行模拟计算[3]。取两个典型断面建立模型：结构采用C30钢筋混凝土，宽度24.8m，顶板、底板厚度1.2m，侧墙厚度1m，中墙厚度0.7m，单元类型为梁单元。1）直线型结构图1直线结构示意图图2直线结构模型图2）折线型结构图3折线结构示意图图4折线结构模型图3)荷载计算断面取埋深10m计算,水土合算。恒载竖向

5、压力：360.00kN/m25恒载水平压力顶板处：194.30kN/m2底板处：299.58kN/m2由《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60—2004)第4.3.4条规定计算：车辆荷载垂直压力：32.26kN/m2车辆荷载水平压力：18.99kN/m24计算分析通过计算后，得到弯矩图和剪力图如下：图5直线结构弯矩图图6折线结构弯矩图对比弯矩图可以发现，直线结构顶部中点和底部中点处弯矩达到最大值分别为：6.29×103kN·m，4.98×103kN·m。折线结构弯矩最大值都出现在顶、底部中点，其值分别为3.34×103kN·m，4.81×103kN·m。通过对

6、比可以发现，二者底部弯矩变化不大，但顶部弯矩值明显减少，且在腹板处，弯矩值减少约50%。整个顶板的受力更加均匀。综上所述，对于同样外部条件的隧道结构来说，采用折线结构不但能优化结构断面，而且增强了运营的安全储备，因此，折线结构更适合明挖隧道在大埋深条件下的使用。3结语51、本文利用有限元软件，对相同荷载下的两种形式结构进行了模拟分析。2、通过对比受力情况，折线结构对结构顶板的弯矩改善较为明显。3、两种结构在底板的荷载变化影响不大。参考文献明挖暗埋法在城市下穿连拱隧道施工中的应用，万雨晴，《建筑》2010年10期大跨径连拱隧道明挖施工技术.董道雷.《重庆建筑》2

7、010年07期王勖成.有限单元法.第一版.北京：清华大学出版社，2003-07-01《MIDASGTS用户手册》《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62—2004)5