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、經濟、合理、可行的設計方案。

關鍵詞：數值模擬；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展，城市規模的不斷擴大，特別是在山區城市的市政工程項目中，城市交通隧道越來越多，且呈現出小凈距和連拱隧道居多，淺埋超淺埋現象普遍，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，下部主要為粉砂質泥巖、砂巖及泥巖的互層；隧道穿越地層主要為粉砂質泥巖，圍巖級別為Ⅳ級和Ⅴ級圍巖。

1.2 數值模擬分析

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力，最后依據內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。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點上施加數值和水平向節點力來實現，水壓力則通過施加單元徑向力來實現。

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條件等因素，按照新奧法的設計原理，根據數值模擬計算結果，確定各類圍巖復合式襯砌支護參數如表1所示。

2 結 語

目前本隧道已經順利完工通車，從施工過程中的監控量測數據看，本次設計確定的支護方案是安全、經濟、可行的。

參考文獻

[1]公路隧道設計規范，JTGD70-2004[S].

[2]公路隧道設計細則，JTG/TD70-2010[S].

[3]德陽市東一環天公堂隧道施工圖設計文件.

[4]德陽市東一環天公堂隧道工程地質詳勘報告.

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