高速鐵路隧道襯砌脫模強(qiáng)度對(duì)結(jié)構(gòu)安全影響分析

華 陽(yáng),于 麗,呂 城,趙銀亭,王明年

(1.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院,成都 610031； 2.西南交通大學(xué)交通隧道工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,成都 610031)

隨著全國(guó)高速鐵路網(wǎng)建設(shè)的全面展開(kāi)和迅速發(fā)展，我國(guó)高速鐵路隧道建設(shè)數(shù)量及總長(zhǎng)度均攀升至世界前列[1-3]。高速鐵路的興建使我國(guó)鐵路隧道建設(shè)規(guī)模和修建技術(shù)達(dá)到了新的高度，但同時(shí)也帶來(lái)了一些質(zhì)量問(wèn)題，其中襯砌結(jié)構(gòu)病害問(wèn)題較為突出，如隧道襯砌背后空洞、襯砌混凝土厚度不足、開(kāi)裂掉塊、基礎(chǔ)虛渣、底板上拱等[4]。這些問(wèn)題不僅暴露了隧道設(shè)計(jì)施工和維修管理不達(dá)標(biāo)，還反映出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范并不完善，亟待改進(jìn)，其中，高速鐵路隧道襯砌脫模強(qiáng)度的確定，對(duì)提高襯砌施工質(zhì)量具有重要意義。

隧道襯砌混凝土拆模時(shí)間對(duì)襯砌混凝土強(qiáng)度影響極大，拱頂拆模過(guò)早混凝土?xí)a(chǎn)生開(kāi)裂，附著在模板上的混凝土?xí)冸x等[5]。高速鐵路隧道混凝土襯砌的脫模強(qiáng)度不僅與隧道尺寸、斷面形狀、襯砌厚度、圍巖級(jí)別及穩(wěn)定性等有關(guān)，同時(shí)受到圍巖的地質(zhì)條件、混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)、水泥品種、施工工藝、養(yǎng)護(hù)條件等諸多因素的影響和控制。脫模強(qiáng)度，特別是頂拱承重模板的拆除時(shí)機(jī)，對(duì)襯砌施工進(jìn)度甚至整個(gè)地下工程的工期都有著重大影響[6]。為保證工期需縮短拆模時(shí)間，但同時(shí)必須達(dá)到高速鐵路高起點(diǎn)、高標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)要求，所以高速鐵路隧道襯砌脫模時(shí)機(jī)的選取和脫模強(qiáng)度的確定問(wèn)題變得尤為關(guān)鍵。

廈門(mén)海底隧道設(shè)計(jì)[7]規(guī)定，為了保證施工進(jìn)度要求，襯砌混凝土抗壓強(qiáng)度不低于21 MPa。貓山公路隧道設(shè)計(jì)[8]一文中說(shuō)明，當(dāng)圍巖變形基本穩(wěn)定，在襯砌混凝土澆筑后，不會(huì)立即承受?chē)鷰r壓力時(shí)，一般混凝土強(qiáng)度達(dá)到21 MPa時(shí)，即可脫模。軟弱圍巖的二次襯砌混凝土，脫模后混凝土立即受力，為防止襯砌混凝土沿縱向開(kāi)裂，混凝土強(qiáng)度要達(dá)到70%才能拆模。

現(xiàn)行鐵路隧道相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范[9-11]也對(duì)隧道襯砌脫模強(qiáng)度進(jìn)行了說(shuō)明，調(diào)研結(jié)果如表1所示。

表1 現(xiàn)行規(guī)范對(duì)襯砌脫模強(qiáng)度的規(guī)定

由表1可知，《鐵路混凝土工程施工技術(shù)指南》對(duì)脫模強(qiáng)度建議值較低，認(rèn)為“非承重模板應(yīng)在混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa以上…承重模板最低應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的50%…方可拆除”。而鐵路隧道專業(yè)相關(guān)規(guī)范《鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》和《高速鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》中建議：襯砌在初期支護(hù)變形穩(wěn)定前施工的，拆模時(shí)的混凝土強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)的100%；在初期支護(hù)變形穩(wěn)定后施工的，拆模時(shí)的混凝土強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到8 MPa。

由此可見(jiàn)，相關(guān)規(guī)范中對(duì)襯砌脫模強(qiáng)度的規(guī)定并不完全一致，考慮到隧道結(jié)構(gòu)的復(fù)雜多樣性，隧道專業(yè)相關(guān)規(guī)范給出的脫模強(qiáng)度建議值更高，但沒(méi)有體現(xiàn)高速鐵路隧道和一般鐵路隧道的區(qū)別，而且僅根據(jù)初支是否穩(wěn)定對(duì)脫模強(qiáng)度進(jìn)行了區(qū)分，并沒(méi)有考慮圍巖級(jí)別對(duì)脫模強(qiáng)度的影響。由于圍巖級(jí)別對(duì)圍巖壓力影響較大[12]，而《高速鐵路隧道復(fù)合式襯砌通用參考圖》也按照圍巖級(jí)別給出了不同襯砌形式，所以圍巖級(jí)別是影響高速鐵路隧道結(jié)構(gòu)受力和安全性的重要因素。因此，有必要對(duì)不同圍巖級(jí)別下襯砌脫模強(qiáng)度展開(kāi)討論，給出不同襯砌形式下脫模強(qiáng)度建議值，從而提高襯砌施工質(zhì)量，加強(qiáng)鐵路隧道襯砌施工過(guò)程控制，進(jìn)一步完善高速鐵路隧道的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

本文研究具體思路為：首先通過(guò)建立早齡期混凝土強(qiáng)度f(wàn)與彈性模量E之間的關(guān)系，獲得不同脫模強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的混凝土力學(xué)參數(shù)，將其輸入有限元軟件計(jì)算后，得到荷載-結(jié)構(gòu)模型的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和安全系數(shù)K，并擬合得到f-K曲線，然后根據(jù)f-K曲線得到各種工況下的臨界脫模強(qiáng)度，最終根據(jù)臨界脫模強(qiáng)度給出脫模強(qiáng)度的建議取值。

1 脫模強(qiáng)度的判定

1.1 脫模強(qiáng)度與彈性模量的關(guān)系

脫模強(qiáng)度又叫作拆模強(qiáng)度，指的是混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。由于混凝土強(qiáng)度、彈性模量等力學(xué)參數(shù)主要受水泥強(qiáng)度影響，水泥顆粒的水化作用從表層深入內(nèi)部，是一個(gè)長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的緩慢過(guò)程，所以，隨著混凝土齡期的增長(zhǎng)，水泥的水化作用日漸充分，混凝土的成熟度和密實(shí)度不斷提高，其強(qiáng)度和彈性模量也逐漸增長(zhǎng)，已經(jīng)為大量的試驗(yàn)和工程實(shí)踐證實(shí)。目前世界各國(guó)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，一般都取28 d作為混凝土強(qiáng)度和其他性能指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)[13-14]。所以混凝土脫模強(qiáng)度和彈性模量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系可以通過(guò)混凝土齡期t這一參量進(jìn)行聯(lián)系。

本文參考國(guó)際混凝土聯(lián)合會(huì)(FIB)修訂的《混凝土結(jié)構(gòu)模型規(guī)范2010》[15]，得到混凝土抗壓強(qiáng)度、彈性模量隨齡期增長(zhǎng)變化的計(jì)算式為

(1)

(2)

式中，fc(t)為齡期為t(d)的混凝土抗壓強(qiáng)度，MPa；fc為齡期為齡期為28 d時(shí)的混凝土抗壓強(qiáng)度，MPa；Ec(t)為齡期為t(d)的混凝土彈性模量，MPa；Ec為齡期為齡期為28 d時(shí)的混凝土彈性模量，MPa；s為系數(shù)，與水泥種類(lèi)有關(guān)，普通水泥取0.25。

脫模時(shí)混凝土抗拉強(qiáng)度可由下式確定[16]

(3)

式中，ft(t)為齡期為t(d)的混凝土抗拉強(qiáng)度，MPa；fc(t)為齡期為t(d)的混凝土抗壓強(qiáng)度，MPa；k為混凝土脆性系數(shù)；δ為立方體抗壓強(qiáng)度的離散系數(shù)。

由式(1)和式(2)可以得到不同齡期時(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度和彈性模量的對(duì)應(yīng)關(guān)系為

(4)

式(4)即為混凝土脫模強(qiáng)度和彈性模量的轉(zhuǎn)換公式。由此得到不同脫模強(qiáng)度下混凝土的彈性模量，作為ANSYS荷載-結(jié)構(gòu)模型二襯材料的輸入?yún)?shù)。

1.2 脫模強(qiáng)度判定流程

脫模強(qiáng)度判定流程如圖1所示。

圖1 脫模強(qiáng)度判定流程

依據(jù)破損階段法計(jì)算隧道襯砌結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)。為了保證隧道結(jié)構(gòu)安全性，隧道結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)應(yīng)滿足規(guī)范要求。隧道襯砌按破損階段檢算構(gòu)件截面強(qiáng)度時(shí)，根據(jù)結(jié)構(gòu)所受的不同荷載組合，在計(jì)算中應(yīng)分別選用不同的安全系數(shù)，本文荷載組合為主要荷載的形式，因此，截面由受壓破壞控制時(shí)最小安全系數(shù)為2.0，截面由受拉破壞控制時(shí)最小安全系數(shù)為2.4。

2 計(jì)算模型

2.1 荷載-結(jié)構(gòu)模型

目前常用的隧道結(jié)構(gòu)受力計(jì)算方法主要有荷載-結(jié)構(gòu)模型和地層-結(jié)構(gòu)模型，經(jīng)試算后發(fā)現(xiàn)荷載-結(jié)構(gòu)模型安全系數(shù)較小于地層-結(jié)構(gòu)模型，基于安全角度出發(fā)，最終選擇荷載-結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行計(jì)算。

隧道襯砌采用梁?jiǎn)卧狟eam 2D elastic 3(Beam3)進(jìn)行模擬，圍巖與襯砌之間采用Link10連桿單元進(jìn)行模擬，且認(rèn)為圍巖不抗拉，彈簧只承受壓力，圍巖節(jié)點(diǎn)設(shè)置固端約束。計(jì)算模型如圖2所示。

圖2 隧道荷載-結(jié)構(gòu)模型

2.2 荷載計(jì)算方法

根據(jù)《時(shí)速350 km高速鐵路隧道復(fù)合式襯砌通用參考圖》可以得知：Ⅱ～Ⅲ級(jí)圍巖二次襯砌作為安全儲(chǔ)備，按承受?chē)鷰r荷載的10%～30%計(jì)算；Ⅳ～Ⅴ級(jí)圍巖二次襯砌作為承載結(jié)構(gòu)，分別按承受?chē)鷰r荷載的50%～70%計(jì)算。圍巖壓力根據(jù)《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10003—2016)[12]所給公式進(jìn)行計(jì)算，分別得到隧道深、淺埋圍巖壓力，采用等效節(jié)點(diǎn)荷載的方式施加在模型上。

2.3 物理力學(xué)參數(shù)

各級(jí)圍巖的物理力學(xué)指標(biāo)依據(jù)《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10003—2016)[12]進(jìn)行取值，圍巖物理力學(xué)參數(shù)如表2所示。

表2 各級(jí)圍巖的物理力學(xué)指標(biāo)

根據(jù)《時(shí)速350 km高速鐵路隧道復(fù)合式襯砌通用參考圖》，高速鐵路雙線隧道二次襯砌混凝土強(qiáng)度等級(jí)分為C30和C35兩種，其材料參數(shù)如表3所示。

表3 混凝土材料參數(shù)

將表3中參數(shù)代入式(4)，可以得到C30、C35混凝土脫模強(qiáng)度和彈性模量的關(guān)系，如圖3所示。

圖3 脫模強(qiáng)度和彈性模量的對(duì)應(yīng)關(guān)系

由圖3可知，混凝土在早期硬化過(guò)程中：C30和C35達(dá)到相同彈性模量時(shí)，C35混凝土具有更大的脫模強(qiáng)度；C30和C35到相同脫模強(qiáng)度時(shí)，C30混凝土具有更大的彈性模量。

2.4 計(jì)算工況

根據(jù)《時(shí)速350 km高速鐵路隧道復(fù)合式襯砌通用參考圖》對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到的主要計(jì)算工況如表4所示。

表4 隧道襯砌計(jì)算工況

3 計(jì)算結(jié)果分析

3.1 脫模強(qiáng)度10 MPa時(shí)結(jié)構(gòu)安全分析

根據(jù)表4所列工況進(jìn)行計(jì)算，結(jié)合鐵路工程建設(shè)相關(guān)規(guī)范，考慮高速鐵路隧道安全施工的重要性，取脫模強(qiáng)度為10 MPa進(jìn)行計(jì)算。得到不同圍巖級(jí)別下，襯砌結(jié)構(gòu)控制截面的最小安全系數(shù)如表5所示。

表5 隧道二襯控制截面安全性

由表5可知，在圍巖壓力和結(jié)構(gòu)自重荷載作用下，當(dāng)脫模強(qiáng)度為10 MPa時(shí)，高速鐵路雙線隧道二襯截面安全系數(shù)和裂縫寬度一般都能達(dá)到規(guī)范要求且具有一定的安全儲(chǔ)備。Ⅴ級(jí)淺埋條件下，二襯控制截面為受拉破壞，安全系數(shù)小于規(guī)范要求的2.4，故不滿足要求，需要適當(dāng)提高脫模強(qiáng)度。

3.2 臨界脫模強(qiáng)度

由前文計(jì)算結(jié)果可知，高速鐵路隧道二襯脫模強(qiáng)度受隧道埋深、圍巖級(jí)別以及襯砌形式的影響較大，不同工況下隧道二襯脫模強(qiáng)度值具有一定的離散性。所以，為了保證高速鐵路隧道二襯脫模時(shí)結(jié)構(gòu)的安全性，需要探明各種工況下二襯脫模強(qiáng)度與安全系數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并進(jìn)一步獲得各類(lèi)襯砌形式下二襯脫模強(qiáng)度的臨界值。故對(duì)每一種襯砌形式列出表6中60種工況進(jìn)行計(jì)算。

表6 不同脫模強(qiáng)度計(jì)算工況

計(jì)算得到6種襯砌形式下，隧道二襯脫模強(qiáng)度和安全系數(shù)關(guān)系(f-K曲線)如圖4～圖9所示。

圖4 Ⅲa脫模強(qiáng)度與K關(guān)系曲線

圖5 Ⅲb脫模強(qiáng)度與K關(guān)系曲線

圖6 Ⅳa脫模強(qiáng)度與K關(guān)系曲線

圖7 Ⅳb脫模強(qiáng)度與K關(guān)系曲線

圖8 Va脫模強(qiáng)度與K關(guān)系曲線

圖9 Vb脫模強(qiáng)度與K關(guān)系曲線

由圖4～圖9可知，隧道結(jié)構(gòu)安全系數(shù)隨著脫模強(qiáng)度的變化規(guī)律可以通過(guò)多項(xiàng)式函數(shù)對(duì)其進(jìn)行擬合。由擬合曲線可以看出，隧道結(jié)構(gòu)安全系數(shù)隨著脫模強(qiáng)度的提高逐漸增大，且趨于收斂。根據(jù)上述關(guān)系曲線，結(jié)合二襯結(jié)構(gòu)的破壞模式(拉/壓)，容易得到每種襯砌形式下的臨界脫模強(qiáng)度值，在圖中由紅色標(biāo)簽指出。根據(jù)計(jì)算所得臨界脫模強(qiáng)度并考慮一定的安全儲(chǔ)備，最終得到高速鐵路隧道襯砌脫模強(qiáng)度建議值如表7所示。

表7 高速鐵路雙線隧道二襯臨界脫模強(qiáng)度

由表7可知，按照圍巖級(jí)別和埋深對(duì)不同襯砌形式的脫模強(qiáng)度進(jìn)行了區(qū)分：Ⅲ級(jí)圍巖和Ⅳ級(jí)深埋時(shí)襯砌脫模強(qiáng)度建議為8 MPa，Ⅳ級(jí)淺埋和Ⅴ級(jí)深埋時(shí)建議取為10 MPa，Ⅴ級(jí)淺埋時(shí)建議取為12 MPa。

3.3 結(jié)構(gòu)安全控制點(diǎn)的轉(zhuǎn)移規(guī)律

隧道是圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)組成的結(jié)構(gòu)體系，荷載主要來(lái)自圍巖。在隧道襯砌混凝土力學(xué)參數(shù)隨著齡期增長(zhǎng)而逐漸增強(qiáng)的過(guò)程中，結(jié)構(gòu)內(nèi)力在圍巖壓力的作用下不斷變化，所以二次襯砌安全系數(shù)最小值所在部位也不斷改變。

經(jīng)過(guò)試算，獲得了不同脫模強(qiáng)度下高速鐵路隧道二襯最小安全系數(shù)出現(xiàn)部位的大致規(guī)律。圖10列出了Ⅲ～Ⅴ級(jí)圍巖不同襯砌形式下，脫模強(qiáng)度由4 MPa增大至10 MPa時(shí)，結(jié)構(gòu)最小安全系數(shù)所在位置的轉(zhuǎn)移情況(圖中紅色實(shí)線為脫模強(qiáng)度10 MPa時(shí)安全系數(shù)包絡(luò)線，紅色虛圈為脫模強(qiáng)度10 MPa時(shí)結(jié)構(gòu)最小安全系數(shù)控制點(diǎn)；藍(lán)色實(shí)線為脫模強(qiáng)度2～4 MPa時(shí)安全系數(shù)包絡(luò)線，藍(lán)色虛圈為脫模強(qiáng)度2～4 MPa時(shí)結(jié)構(gòu)最小安全系數(shù)控制點(diǎn))。

圖10 脫模強(qiáng)度對(duì)二襯安全控制部位的影響

由圖10可知，(1)脫模強(qiáng)度為2～10 MPa時(shí)，隧道結(jié)構(gòu)安全系數(shù)控制點(diǎn)出現(xiàn)在邊墻底部頻率最大，其次是拱肩，拱頂和拱底也有出現(xiàn)。(2)脫模強(qiáng)度為2 MPa時(shí)(藍(lán)色虛圈)，控制點(diǎn)分布在邊墻底部和拱底，主要集中在結(jié)構(gòu)下部；脫模強(qiáng)度為10 MPa時(shí)(紅色虛圈)，控制點(diǎn)從邊墻至拱頂都有分布，主要集中在結(jié)構(gòu)上部。由此可知，脫模強(qiáng)度增大的過(guò)程也是安全系數(shù)控制點(diǎn)從下至上轉(zhuǎn)移的過(guò)程。(3)深埋條件下，安全系數(shù)控制點(diǎn)從下至上轉(zhuǎn)移幅度較大：Ⅲ級(jí)圍巖時(shí)控制點(diǎn)從邊墻底部轉(zhuǎn)移至拱頂；Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖時(shí)控制點(diǎn)從邊墻底部轉(zhuǎn)移至拱肩。(4)淺埋條件下，安全系數(shù)控制點(diǎn)從下至上轉(zhuǎn)移幅度較小：Ⅲ、Ⅳ級(jí)圍巖時(shí)控制點(diǎn)維持在邊墻底部，Ⅴ級(jí)圍巖時(shí)控制點(diǎn)從拱底轉(zhuǎn)移至邊墻。

3.4 深淺埋與脫模強(qiáng)度的關(guān)系

為了得到隧道埋深與二襯脫模強(qiáng)度的關(guān)系，繪制出Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖條件下的深、淺埋隧道二襯的f-K曲線，如圖11所示。

圖11 不同埋深下襯砌脫模強(qiáng)度與K的關(guān)系

由圖11可知，從曲線整體趨勢(shì)來(lái)看，深埋條件下二襯安全系數(shù)整體上高于淺埋時(shí)安全系數(shù)，這可以理解為淺埋荷載較大導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備較小。當(dāng)脫模強(qiáng)度為10 MPa時(shí)，Ⅳ級(jí)深埋安全系數(shù)較Ⅳ級(jí)淺埋增大51%；Ⅴ級(jí)深埋安全系數(shù)較Ⅴ級(jí)淺埋增大約48%。當(dāng)安全系數(shù)為臨界值2.4(受拉破壞)時(shí)，Ⅳ級(jí)淺埋脫模強(qiáng)度較Ⅳ級(jí)深埋增大70%；Ⅴ級(jí)淺埋脫模強(qiáng)度較Ⅴ級(jí)深埋增大71%。

3.5 隧道埋深對(duì)脫模強(qiáng)度的影響

從以上的分析結(jié)果可知，隧道襯砌脫模強(qiáng)度與埋深密切相關(guān)，在相同脫模強(qiáng)度下，淺埋隧道較深埋隧道結(jié)構(gòu)安全系數(shù)更低。為了進(jìn)一步明確淺埋條件下隧道埋深對(duì)脫模強(qiáng)度的影響規(guī)律，對(duì)不同圍巖級(jí)別情況下，隧道埋深h位于淺埋區(qū)間(ha≤h<2.5ha)時(shí)(ha為深埋隧道垂直荷載計(jì)算高度)，隧道結(jié)構(gòu)的脫模強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算分析，計(jì)算結(jié)果如圖12所示。

圖12 淺埋隧道埋深與脫模強(qiáng)度的關(guān)系

由圖12可知，淺埋隧道埋深與脫模強(qiáng)度大致呈線性相關(guān)，故通過(guò)線性函數(shù)對(duì)其進(jìn)行擬合。圍巖條件越差脫模強(qiáng)度越大：Ⅴ級(jí)圍巖時(shí)脫模強(qiáng)度約為Ⅳ級(jí)圍巖1.5倍，約為Ⅲ級(jí)圍巖時(shí)3倍。淺埋隧道埋深越大脫模強(qiáng)度越大：Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖條件下，埋深2.5ha時(shí)脫模強(qiáng)度較埋深ha時(shí)分別增大56%、71%、93%。

3.6 圍巖級(jí)別對(duì)脫模強(qiáng)度的影響

為了得到隧道圍巖級(jí)別與二襯脫模強(qiáng)度的關(guān)系，繪制出深、淺埋條件下Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖隧道二襯的f-K曲線，如圖13所示。

圖13 不同圍巖級(jí)別下襯砌脫模強(qiáng)度與K的關(guān)系

由圖13可知，從曲線整體趨勢(shì)來(lái)看，Ⅳ級(jí)圍巖時(shí)二襯安全系數(shù)整體上高于Ⅴ級(jí)圍巖時(shí)安全系數(shù)，這可以理解為圍巖條件越差導(dǎo)致圍巖壓力增大，使結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備減小。當(dāng)脫模強(qiáng)度為10 MPa時(shí)，Ⅳ級(jí)深埋安全系數(shù)較Ⅴ級(jí)深埋增大36%；Ⅳ級(jí)淺埋安全系數(shù)較Ⅴ級(jí)淺埋增大39%。當(dāng)安全系數(shù)為臨界值2.4(受拉破壞)時(shí)，Ⅴ級(jí)深埋臨界脫模強(qiáng)度較Ⅳ級(jí)深埋增大43%；Ⅴ級(jí)淺埋臨界脫模強(qiáng)度較Ⅳ級(jí)淺埋增大44%。

4 結(jié)論

(1)混凝土在早期硬化過(guò)程中：C30和C35達(dá)到相同彈性模量時(shí)，C35混凝土具有更大的脫模強(qiáng)度；C30和C35到相同脫模強(qiáng)度時(shí)，C30混凝土具有更大的彈性模量。

(2)脫模強(qiáng)度由2 MPa增大至10 MPa的過(guò)程中，最小安全系數(shù)控制點(diǎn)從隧道下部結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至上部結(jié)構(gòu)。相較于淺埋，深埋條件時(shí)安全系數(shù)控制點(diǎn)從下至上轉(zhuǎn)移幅度較大：Ⅲ級(jí)圍巖時(shí)控制點(diǎn)從邊墻底部轉(zhuǎn)移至拱頂；Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖時(shí)控制點(diǎn)從邊墻底部轉(zhuǎn)移至拱肩。隧道結(jié)構(gòu)安全系數(shù)控制點(diǎn)出現(xiàn)在邊墻底部頻率最大，其次是拱肩、拱頂和拱底。

(3)計(jì)算得到了Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)3種圍巖級(jí)別6種襯砌形式下高速鐵路雙線隧道臨界脫模強(qiáng)度(表7)。根據(jù)臨界脫模強(qiáng)度，按照圍巖級(jí)別和埋深給出了不同襯砌形式下脫模強(qiáng)度建議值：Ⅲ級(jí)圍巖和Ⅳ級(jí)深埋時(shí)襯砌脫模強(qiáng)度建議為8 MPa，Ⅳ級(jí)淺埋和Ⅴ級(jí)深埋時(shí)建議取為10 MPa，Ⅴ級(jí)淺埋時(shí)建議取為12 MPa。

(4)隧道深淺埋對(duì)脫模強(qiáng)度的影響：深埋條件下二襯安全系數(shù)整體上高于淺埋時(shí)安全系數(shù)。當(dāng)脫模強(qiáng)度為10 MPa時(shí)，Ⅳ級(jí)深埋安全系數(shù)較Ⅳ級(jí)淺埋增大51%；Ⅴ級(jí)深埋安全系數(shù)較Ⅴ級(jí)淺埋增大48%。當(dāng)安全系數(shù)為臨界值時(shí)，Ⅳ級(jí)淺埋脫模強(qiáng)度較Ⅳ級(jí)深埋增大70%；Ⅴ級(jí)淺埋脫模強(qiáng)度較Ⅴ級(jí)深埋增大71%。

(5)淺埋隧道脫模強(qiáng)度與埋深大致呈線性相關(guān)，可通過(guò)線性函數(shù)對(duì)其進(jìn)行擬合。圍巖條件越差脫模強(qiáng)度越大：Ⅴ級(jí)圍巖時(shí)脫模強(qiáng)度約為Ⅳ級(jí)圍巖1.5倍，約為Ⅲ級(jí)圍巖時(shí)3倍。隧道埋深越大脫模強(qiáng)度越大：埋深2.5ha時(shí)脫模強(qiáng)度較埋深ha時(shí)分別增幅在50%、以上。

(6)圍巖級(jí)別對(duì)脫模強(qiáng)度的影響：當(dāng)脫模強(qiáng)度為10 MPa時(shí)，Ⅳ級(jí)深埋安全系數(shù)較Ⅴ級(jí)深埋增大36%；Ⅳ級(jí)淺埋安全系數(shù)較Ⅴ級(jí)淺埋增大39%。當(dāng)安全系數(shù)為臨界值時(shí)，Ⅴ級(jí)深埋臨界脫模強(qiáng)度較Ⅳ級(jí)深埋增大43%；Ⅴ級(jí)淺埋臨界脫模強(qiáng)度較Ⅳ級(jí)淺埋增大44%。