单位：陕西省信兴铁路人力资源管理有限公司，陕西西安
摘要：针对某隧道实际工程，结合隧道支护参数，通过验算确定该隧道二衬结构的安全性。
关键词：衬砌、计算、安全
公路隧道衬砌结构设计，目前仍以工程类比法为主，由于地质条件复杂性,不同围岩地质条件自身的承载能力不同，隧道围岩级别、埋置深度、开挖方式、支护手段和支护时间直接影响到围岩的应力状态和结构受力，有时单凭工程类比还不足以保证设计的合理性和可靠性，还要进行理论验算。本次验算块碎石层浅埋隧道（埋深24m）衬砌的结构安全性。
1、支护参数
仰拱拱墙：C30钢筋砼55cm
2、地层及结构物理力学参数表
块碎石土：γ=22kN/m³，c=15kPa,φ=35°，E=2000MPa，μ=0.3
C30混凝土：γ=25kN/m³，E=3×104MPa，μ=0.2，
3、荷载-结构模型
本次采用，“2D荷载-结构”法进行衬砌结构的安全性分析计算，计算软件均采用Midas GTS-NX。
模型概况：模型单元共计60个，节点60个。单元类型为1D梁单元，截面形状为实心矩形，截面尺寸H=0.55m，B=1.0m
二维模型
4、荷载条件与边界条件
衬砌与围岩采用曲面弹簧单元弹性连接。地基反力系数取120Mpa/m；荷载考虑自重、公路Ⅰ级荷载，应力场按自重应力场考虑。
5、浅埋隧道围岩压力计算
q浅=346kN/㎡；e1=197.6kN/㎡,e2=269.7kN/㎡
6、2D荷载-结构模型计算结果
本次计算得到内力云图如下
（1）强度分析结果
轴力云图
由轴力云图可知，衬砌轴力最大值为-1284.98KN，最小值为-2068.03KN。
剪力云图
由剪力云图可知，型衬砌剪力最大值为560.53KN，最小值为-560.53KN。
弯矩云图
由弯矩云图可知，衬砌正弯矩最大值为272.98KN·m，负弯矩最大值为-548.42KN·m。
（2）衬砌结构强度检算结果
衬砌结构的强度检算结果见下表。
衬砌结构强度检算结果
单元号 | 弯矩 （kN·m） | 轴力 （kN） | 剪力 （kN） | e0 | 安全系数 K |
1 | 65.60 | -1727.94 | -5.16 | 0.038 | 8.45 |
2 | 52.11 | -1718.58 | -86.33 | 0.030 | 8.77 |
3 | 38.04 | -1744.34 | 102.28 | 0.022 | 8.97 |
4 | 9.78 | -1710.28 | -143.20 | 0.006 | 9.84 |
5 | -43.51 | -1776.03 | 235.43 | 0.024 | 8.71 |
6 | -50.15 | -1701.42 | -177.83 | 0.029 | 8.90 |
7 | -191.57 | -1824.54 | 390.61 | 0.105 | 6.28 |
8 | -116.87 | -1690.54 | -191.03 | 0.069 | 7.66 |
9 | -171.36 | -1676.40 | -163.69 | 0.102 | 6.90 |
10 | -433.97 | -1953.29 | 191.31 | 0.222 | 3.04 |
11 | -194.24 | -1654.64 | -103.03 | 0.117 | 6.66 |
12 | -540.95 | -1983.92 | -395.19 | 0.273 | 2.15 |
13 | -187.79 | -1622.07 | -49.95 | 0.116 | 6.83 |
14 | -156.85 | -1580.82 | -6.70 | 0.099 | 7.39 |
15 | -325.61 | -1923.69 | -560.53 | 0.169 | 4.94 |
16 | -107.26 | -1533.55 | 25.03 | 0.070 | 8.42 |
17 | -50.30 | -1945.34 | -350.47 | 0.026 | 7.90 |
18 | -45.48 | -1483.26 | 44.19 | 0.031 | 10.15 |
19 | 121.84 | -1970.25 | -194.16 | 0.062 | 6.75 |
20 | 21.72 | -1433.13 | 50.47 | 0.015 | 11.24 |
21 | 217.38 | -1995.83 | -87.52 | 0.109 | 5.67 |
22 | 87.71 | -1386.32 | 44.34 | 0.063 | 9.55 |
23 | 146.37 | -1345.81 | 27.03 | 0.109 | 8.41 |
24 | 260.82 | -2019.75 | -23.10 | 0.129 | 5.27 |
25 | 192.49 | -1314.18 | 0.44 | 0.146 | 7.69 |
26 | 272.98 | -2040.14 | 8.13 | 0.134 | 5.14 |
27 | 222.08 | -1293.45 | -32.93 | 0.172 | 7.30 |
28 | 270.15 | -2055.54 | 15.68 | 0.131 | 5.14 |
29 | 232.61 | -1284.98 | -70.15 | 0.181 | 7.17 |
30 | 263.91 | -2065.00 | 9.05 | 0.128 | 5.17 |
31 | 261.12 | -2068.03 | -2.45 | 0.126 | 5.19 |
32 | 223.20 | -1289.35 | -108.08 | 0.173 | 7.29 |
33 | 264.02 | -2064.59 | -9.61 | 0.128 | 5.17 |
34 | 194.65 | -1306.32 | -143.51 | 0.149 | 7.68 |
35 | 270.26 | -2055.13 | -3.08 | 0.132 | 5.14 |
36 | 149.38 | -1334.87 | -173.38 | 0.112 | 8.40 |
37 | 272.87 | -2040.54 | 26.61 | 0.134 | 5.14 |
38 | 91.30 | -1373.26 | -195.00 | 0.066 | 9.52 |
39 | 25.57 | -1419.12 | -206.19 | 0.018 | 11.21 |
40 | 260.14 | -2022.22 | 89.02 | 0.129 | 5.27 |
41 | -41.73 | -1469.64 | -205.40 | 0.028 | 10.35 |
42 | 215.68 | -2002.01 | 193.18 | 0.108 | 5.67 |
43 | -104.00 | -1521.71 | -191.84 | 0.068 | 8.54 |
44 | 118.56 | -1982.16 | 346.57 | 0.060 | 6.76 |
45 | -154.47 | -1572.15 | -165.44 | 0.098 | 7.45 |
46 | -55.78 | -1965.24 | 553.32 | 0.028 | 7.74 |
47 | -186.63 | -1617.86 | -126.93 | 0.115 | 6.85 |
48 | -194.62 | -1656.03 | -77.71 | 0.118 | 6.65 |
49 | -359.33 | -2046.30 | 360.94 | 0.176 | 4.56 |
50 | -173.52 | -1684.26 | -19.78 | 0.103 | 6.85 |
51 | -548.42 | -2011.08 | -285.44 | 0.273 | 2.12 |
52 | -119.67 | -1700.71 | 44.41 | 0.070 | 7.58 |
53 | -52.39 | -1709.54 | 76.68 | 0.031 | 8.81 |
54 | -407.45 | -1856.87 | -506.93 | 0.219 | 3.25 |
55 | 7.97 | -1716.87 | 63.43 | 0.005 | 9.85 |
56 | -185.05 | -1800.82 | -353.13 | 0.103 | 6.41 |
57 | 51.11 | -1722.23 | 28.23 | 0.030 | 8.78 |
58 | -39.51 | -1761.50 | -220.33 | 0.022 | 8.86 |
59 | 65.82 | -1727.16 | -29.69 | 0.038 | 8.45 |
60 | 39.92 | -1737.50 | -112.24 | 0.023 | 8.96 |
从上表可以看出，衬砌结构的安全系数K最小值为2.12，均大于2.0。衬砌结构承载力满足规范要求。
参考文献：
[1]中华人民共和国行业标准 公路隧道设计规范 第一册 土建工程 JTG 3307.1-2018 [s] 北京：人民交通出版社股份有限公司 2019
[2]中华人民共和国行业推荐性标准 公路隧道设计细则 JTG/T D70-2010 [s] 北京：人民交通出版社2010
客服QQ：30444492琼网文【2021】1550-113号
增值电信业务经营许可证：琼B2-20210322
出版物经营许可证：新出发龙华出字第(2021)009号
广播电视节目制作经营许可证：(琼)字第00779号
版权所有 ©2002-2024 期刊网(www.qikanchina.com) 琼ICP备2021005105号
