軟巖隧道襯砌內(nèi)力計算與開挖過程數(shù)值模擬

韓 峰

(中鐵十九局集團第三工程有限公司 遼寧沈陽 110136)

1 引言

隨著我國公路網(wǎng)建設(shè)的不斷完善，隧道建設(shè)數(shù)量和里程不斷增加，地質(zhì)條件復(fù)雜多變成為我國隧道建設(shè)最鮮明的特點。襯砌結(jié)構(gòu)作為防止圍巖變形或坍塌的永久性支護結(jié)構(gòu)，襯砌內(nèi)力計算的準確性對于工程安全十分重要[1－3]。而針對隧道開挖過程中可能發(fā)生的各種隧道病害，可通過數(shù)值模擬在極大程度上得以預(yù)測，做到提前防護。本文基于陽宗隧道襯砌內(nèi)力計算和GTS NX驗算結(jié)果進行對比分析，并針對CD工法單次開挖循環(huán)進尺進行數(shù)值模擬，以期對隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計提供理論支持。

2 工程概況及襯砌內(nèi)力分析

陽宗隧道位于云南省昆明市澄江縣，隧道整體處于近似南北走向的脊狀山群地形中，地形較陡，溝谷切割較深，隧道穿越8條斷層帶，圍巖主要為白云巖和泥巖夾雜交替，部分含礫粉質(zhì)黏土、角礫，局部段落出水量較大。本隧道為左右分離式雙洞特長隧道，右線隧道起訖里程為K42＋313～K50＋026，全長7 713 m，左線隧道起訖里程為ZK42＋250～ZK50＋023，全長7 773 m，隧道最大埋深572.62 m。根據(jù)?公路隧道設(shè)計規(guī)范?(JTG D70—2—2014)[4]，隧道圍巖級別為Ⅴ級。

2.1 襯砌內(nèi)力計算

公路等級為山嶺一級公路，圍巖等級為Ⅴ級，容重為21.2 kN/m3，彈性抗力系數(shù)為0.18×106kN/m。襯砌材料選用C30混凝土，材料容重23 kN/m3，彈性模量Eh＝3×107kPa，二襯厚度為d＝0.450 m。采用辛普森法對該隧道典型截面內(nèi)力進行計算，計算結(jié)果見表1。

表1 襯砌總內(nèi)力計算

式中:rji為力Rj至接縫中心點ki的力臂。

彎矩、軸力按下式計算:

按內(nèi)力計算結(jié)果繪制彎矩圖及剪力圖，如圖1所示。……