隧道二次襯砌影響因素分析

魏洪偉 李鈺琨

(1重慶交通大學 土木工程學院， 重慶 400074；2中交第一公路勘察設計研究院有限公司， 陜西 西安 710075)

1 研究背景

在隧道設計時，二次襯砌作為重要的支護措施和承載結構，其承擔荷載的大小，直接決定隧道襯砌支護參數的選擇，對二次襯砌受到的荷載進行研究，具有重要的現實意義0。《公路隧道設計細則》[3]中分離式隧道，采用復合式襯砌結構，用結構力學法進行計算初期支護與二次襯砌的作用力大小。有必要研究在不同施工方法等條件下，系統全面的研究二次襯砌所受的力。

2 建模型建立及物理參數選取

根據《公路隧道設計規范 第一冊 土建工程》（JTG 3370.1-2018），材料的物理力學取值為表2.1所示。

表2 .1 模型材料參數取值表

初期支護采用I18號工字鋼，為了方便建模，把鋼拱架的作用看作是對噴射混凝土剛度的加強。隧道采用標準兩車道內輪廓圖，隧道寬11.1m，高8.5m。本文采用Midas/GTS建模，圍巖、初支和仰拱充填混凝土都采用實體單元模擬，二次襯砌、仰拱采用板單元模擬。圍巖采用摩爾庫倫模型，混凝土采用彈性模型。二次襯砌采用2D板單元模擬。在后處理結果中提取二次襯砌的變形值和應力值。

3 二襯形變壓力影響因素分析

以Ⅴ級圍巖深埋雙車道隧道模型為基礎，分別研究支護時機、開挖方法、初期支護剛度等因素對二襯形變壓力的影響。

3.1 支護時機對二次襯砌形變壓力的影響

分別計算掌子面距離二襯20m、30m、70m時二次襯砌的形變壓力，對比二次襯砌最佳時段施作后的形變壓力，分析二次襯砌提前或延后施作對其所受形變壓力的影響規律，結果見表3.1。

表3 .1二次襯砌形變與軸力計算值

以上計算結果可以看出，對比最佳時段施作后的形變和內力，可見提前施作二次襯砌，二次襯砌形變壓力很大，隨著延緩施作時機，距離達到46m以后，二次襯砌形變壓力基本維持在一個穩定的水平上。

3.2 開挖方法對二次襯砌形變壓力的影響

3.3 初期支護剛度對二次襯砌形變壓力的影響

表3 .3 初期支護不同剛度下二次襯砌作用力計算結果

可以看出，改變初期支護的厚度，對二次襯砌的軸力影響較大；提高噴射混凝土標號和加密鋼拱架布設密度對二次襯砌所受形變壓力的影響甚微。

4 結論

采用超短臺階法開挖隧道，對二次襯砌所受形變壓力影響極小。單側壁導坑法開挖隧道，因對圍巖的擾動次數較多且初期支護封閉時間長，初期支護變形量小，二次襯砌的變形值和形變壓力相較于短臺階法漲幅較大，初期支護厚度對二襯軸力影響較大。