超大跨度城市交通隧道支護體系設計研究

摘 要：本文通過數(shù)值模擬的方法，對超大跨度、小凈距、超淺埋城市交通隧道進行了設計分析研究，確定了安全、經(jīng)濟、合理、可行的設計方案。

關鍵詞：數(shù)值模擬；城市交通隧道；超大跨度；小凈距；超淺埋

前 言

近年來，隨著城市建設的不斷發(fā)展，城市規(guī)模的不斷擴大，特別是在山區(qū)城市的市政工程項目中，城市交通隧道越來越多，且呈現(xiàn)出小凈距和連拱隧道居多，淺埋超淺埋現(xiàn)象普遍，開挖跨度大等特點。

1 實例分析

1.1 工程概況

本隧道為德陽市東一環(huán)市政道路工程上的一座隧道。隧道單洞長度335m，采用小凈距的平面布置形式。隧道建筑限界寬度16.25m，高5.0m；隧道凈寬16.78m，凈高8.91m，內(nèi)凈空面積121.7m2；隧道最大埋深62.7m，最小埋深3.73m；雙洞之間最小凈距約13.2m，單洞最大開挖跨度19.5m，屬于超大跨度小凈距隧道。

隧道進出口段地表為第四系覆蓋層，下部主要為粉砂質(zhì)泥巖及泥巖的互層；隧道洞身段地表為第四系覆蓋層，下部主要為粉砂質(zhì)泥巖、砂巖及泥巖的互層；隧道穿越地層主要為粉砂質(zhì)泥巖，圍巖級別為Ⅳ級和Ⅴ級圍巖。

1.2 數(shù)值模擬分析

本次計算采用有限元軟件ansys利用荷載-結構法進行計算分析。荷載-結構法用來驗算二次襯砌截面的安全性。

計算時首先按規(guī)范給出的公式確定圍巖壓力，然后將襯砌離散成一系列梁單元，地層的抗力約束作用視為線性彈簧，按彈性地基梁法計算襯砌的內(nèi)力，最后依據(jù)內(nèi)力進行襯砌截面的安全性驗算。

隧道二次襯砌結構采用梁單元模擬，地基彈性抗力則通過只壓不拉桿單元來實現(xiàn)。此外，為計算結果的偏安全考慮，明洞結構計算時不考慮回填土石的彈性抗力的作用。

圍巖作用在襯砌結構上的的垂直壓力與水平壓力通過在節(jié)點上施加數(shù)值和水平向節(jié)點力來實現(xiàn)，水壓力則通過施加單元徑向力來實現(xiàn)。

1.2.1 計算模型（見圖1、圖2）

1.2.2 計算結果（見圖3～8）

1.3 結構設計方案

綜合隧道圍巖類別、洞室埋深條件和地質(zhì)條件等因素，按照新奧法的設計原理，根據(jù)數(shù)值模擬計算結果，確定各類圍巖復合式襯砌支護參數(shù)如表1所示。

2 結 語

目前本隧道已經(jīng)順利完工通車，從施工過程中的監(jiān)控量測數(shù)據(jù)看，本次設計確定的支護方案是安全、經(jīng)濟、可行的。

參考文獻

[1]公路隧道設計規(guī)范，JTGD70-2004[S].

[2]公路隧道設計細則，JTG/TD70-2010[S].

[3]德陽市東一環(huán)天公堂隧道施工圖設計文件.

[4]德陽市東一環(huán)天公堂隧道工程地質(zhì)詳勘報告.

作者簡介：王傳琦（1979-），男，河南南陽人，工程師，碩士，2008年畢業(yè)于西南交通大學，隧道工程專業(yè)，從事隧道工程的設計工作。