连拱隧道的荷载及简化计算研究

!’’(年)’月!!地下空间与工程学报

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连拱隧道的荷载及简化计算研究

余!凡!杨林德

!同济大学地下建筑与工程系\"上海!!#’’’D!

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针对先施作中墙!后施作一侧衬砌!完成后再施作另一侧衬砌的施工方法!提出了摘!要!

一种连拱隧道荷载的确定方法\"接着根据连拱隧道的承载特点!按荷载结构法分析计算了单侧承载及整体承载条件下的隧道内力!据此提出了一种简化为单拱的计算方法\"通过比较表明!将连拱隧道整体承载简化单拱承载计算时!可取得较好的拟合效果\"

关键词!连拱隧道#荷载确定#承载特点#单侧承载#整体承载#单拱承载中图分类号!5B\")!!!!!!!!!!!文献标识码!E

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由于地形及线路选择的原因\"连拱隧道的数量在西部地区公路隧道的建设中较多$如云南元磨连拱隧道占)高速公路全线!?座隧道中\"(座$与传统的双线分幅修建隧道相比较\"连拱隧道在结构上存在刚性很大的中墙$中墙一般早于两侧拱圈修建\"并常在施工过程中精心施作\"使其质量好%受力早%位移小\"故中墙常是连拱隧道的关键部位$然而由于中墙的存在\"使其施工繁琐%受力复杂\"因此许多相关技术亟待研究\"其中包括连拱隧道荷载的确定$

隧道设计计算方法常分为地层结构法和荷载结构法二类\"对于衬砌承受的荷载\"前者认为是地层的形变压力\"后者认为是围岩的松散荷载$采用荷载结构法计算时\"松散荷载一般可按经验参照&公路隧道设计规范’中的规定计算\"但现行规范针对单拱隧道制定\"没有考虑连拱隧道的承载特点$故本文拟采用荷载结构法\"研究典型对称深埋连拱隧道的荷载确定方法和简化计算方法$

=!工程背景

云南思茅!小勐养高速公路\"<级围岩中的典型深埋双向四车道公路隧道\"采用整浇曲墙对称双

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收稿日期!\"修改稿#!’’(@’!@!)

作者简介!余!凡!#\"男\"江西南昌人\"硕士研究生\"主要从事隧道计算方法研究$;()D>(@@I3,%143-?BA3+$$&:$I&:-\"LL

跨连拱结构!单跨净宽)净高A&’&(I!A\"\"I\"隧道内轮廓为三心圆!尺寸如图)所示\"图中初期支护为喷射混凝土!厚!标号为*内衬钢筋B:I!!\"#

标号亦为*混凝土厚(’:I!!\"\"中墙超挖采用同标号混凝土回填\"<级围岩弹性抗力系数取为

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$e)’’’’’YTI\"材料参数见表)\"-i

表)!典型连拱隧道材料参数表

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材料种类<级围岩喷射混凝土*!\"钢筋混凝土*!\"混凝土*!\"

弹性模量$YZ3)&\".\\(!&?.\\>!&D\".\\>!&D\".\\>

泊松比’&?\"’&?\"’&!’&!

重度

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凝聚力$*YZ3)’’%)’’’)’’’

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砌结构采用梁单元离散!单元数为)中墙采DB个\"用梁单元离散!平均分为三段!每段按平均宽度计算梁单元参数!单元数为?B个#由于中墙底部摩擦力较大!了中墙的位移!在计算模型中墙底部加设位移约束#地层弹簧沿整个截面周边布置#水平荷载以向右为正!竖向荷载向上为正!材料参数按表)取值#g#相应的中导’!g\"数值见表!洞宽度为Pi(&单侧毛洞跨度为Pi)BI!)&AI#计算左侧承载得到的轴力见图B!弯矩见图\"#计算右侧承载得到的轴力$弯矩与图B$图\"关于中墙对称#由图可见在单侧荷载作用下!引起另一侧的效应极小#

表!!单侧承载g单位\"#O$YTg’!\"数值!T’10$!!T&$L’06$+,Y\"+\"$)(4$1$’/(\"’!\"+5Yg’

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图D!简化单拱计算简图

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表?!简化单拱隧道荷载g\"O#YTg’!\"数值!T’10$?&$L’06$+,Y,)(*0(,($4)(\"0$’/%&1$’/(\"!T’!\"+C55Yg’

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>>B地下空间与工程学报!!!!!!!!!!!!!!!!!!!第!卷

E!结语

本文针对具体的施工方法!提出了一种连拱隧道的荷载确定方法\"认为当两侧衬砌先施工一侧!完工后再施工另一侧时!两边毛洞的坍落拱可以互不相连!采用荷载结构法计算时!连拱隧道的松散荷载可按单拱隧道的松散荷载确定\"通过分析<级围岩中典型对称深埋连拱隧道的承载特点!认为连拱隧道一侧衬砌承受的作用!会引起另一侧衬砌的效应\"连拱隧道单侧承载的数值计算结果表明承载一侧对另一侧的影响较小!在数量上可用该侧一定比例的松散荷载的作用效应近似代替\"据此

图)?!衬砌指定位置弯矩比较结果

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可将连拱隧道整体承载计算简化为单拱隧道承载计算!荷载取为单拱隧道的松散荷载!为考虑另一侧荷载作用的影响!将松散荷载增加?c\"比较计算结果表明两者内力值的吻合效果较好\"

不同的施工方法下连拱隧道的承载方式不同!不同的围岩级别#衬砌结构的几何特征也会使得连拱隧道的承载特点发生改变\"对以上因素!应进一步展开研究\"

参考文献!

$%公路隧)CUH>’&!’’B&!中华人民共和国行业标准0

图)B!衬砌指定位置轴力比较结果

M,&)B!*$I32,/$-$43[,3%4$2:.3=7,K.-9$/,=,$-79

$4=+.%,-,-7

道设计规范$%\"

$%汪炳鉴&地下结构有限元分析$上海’同!O%&!孙!钧!

济大学出版社!)DAA

$%候学渊&地下结构$科学出版社!?O%&)DAA&!!孙!钧!$%隧道工程$人民交通出版社!BO%&)DA>&(!王毅才&

################################################\"上接第>(D页#

$%侯学渊&盾构法隧道$中国铁道出!O%&北京’!刘建航!

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$%叶蓉&软土盾构隧道纵向变形分析&地下工?!姜启元!

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$%地铁隧道纵向变形结构性能研究’$博士论B!林永国&

文%上海’同济大学!!8&!’’)&)’&V,-a$-1$=1677L$4%$-,=16,-3%/=21:=123%:+323:=.2,/=,:/$4I.=2$=1-@7$%$Z+&H&C+./,/H%&8+3-@-.%1-6.26.4$2I3=,$-&7

’()+3,C$-,5-,K.2/,=&!’’)&)’&,-*+,-./.7QL%盾构法区间隧道和地铁车站的变形分析及放$\"!温竹茵&

水堵漏技术’$硕士论文%上海’同济大学!&)DDD&))&!H^.-F+1,-.4$2I3=,$-E-3%/,/3-6N3=.292$$@LL4,-.:+-,1.$4/+,.%6=1--.%3-6I.=2$/=3=,$-&7=g$’CO8&C+./,/%$H%&8+3-+3,$-,5-,K.2/,=&77QL))DDD&))&(,-*+,-./.

$%(!上海市政工程管理局编&软土市政地下工程施工技

术手册$O%&)DD’&)’&8+3-+3,O1-,:,3%;-,-..2@797,-6I,-,/=23=,K.P12.31&C.:+-,:3%O3-13%$45-@73

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