衬砌设计与强度检算探究

衬砌设计与强度检算探究
1 工程概况
兰渝铁路杨家山隧道位于甘肃省陇南市武都区境内，兰州端洞口里程为DK423+944，重庆端洞口里程为DK429+770，为单线双洞隧道，隧道全长5826m，其中V级围岩地段全长263m，IV级围岩地段长990m。

2 衬砌计算模型
目前围岩抗力计算一般有两种计算理论，即共同变形理论和局部变形理论[1]。

共同变形理论认为施加于一点的荷载会引起整個弹性体表面的变形，即共同变形，视围岩为弹性半无限体，考虑相邻质点之间的相互影响，计算复杂，很少采用。

局部变形理论以温克假定为基础，简称为“温氏假定”，视围岩为一系列彼此独立的弹簧，每个弹簧表示一个小岩柱，某一弹簧受到压缩时所产生的反作用只与该弹簧有关，而与其它弹簧无关，某点的反作用就是围岩的弹性抗力，它与该点的变形成正比。

本隧道采用局部变形理论，从各国的地下结构设计实践看，目前在设计隧道的结构体系时，主要采用两类计算模型[2]：传统结构模型和现代岩体力学模型。

经实际调研及计算简化需要，本隧道衬砌内力计算采用结构力学模型。

3 衬砌设计及检算
3.1 衬砌结构设计
由于隧道围岩级别为IV级和V级，根据相关规定[3]，拟采用喷锚支护，复合式衬砌。

初期支护时，对于IV、V级围岩分别打入2.5m、3.0m长的锚杆，在围岩破碎段铺设钢筋网，然后喷混凝土；二次衬砌采用全液压衬砌台车浇筑而成，厚度分别为30cm和35cm。

详细衬砌支护参数及IV、V级围岩隧道衬砌结构横断面细部尺寸参照复合式衬砌断面标准图来拟定[4]。

3.2 衬砌结构内力计算
隧道衬砌结构根据结构力学方法（荷载-结构模型），假设衬砌结构与围岩全面、紧密地接触，采用主动荷载加被动荷载（弹性抗力）模式，按照弹性链杆法原理来计算衬砌结构的内力。

3.3 衬砌截面强度检算
衬砌结构内力算出后，进行隧道衬砌截面强度检算，其强度检算按破损阶段法或容许应力法进行。

拱形隧道衬砌属偏心受压构件，其截面强度检算根据轴力偏心距的大小可分为抗压强度控制及抗拉强度控制两种情况[1]。

4 小结
通过对杨家山隧道衬砌计算模型进行简化，优化了计算结果，提高了计算精度和效率。

经过检算，得知衬砌结构的安全稳定性满足设计要求，给同类隧道衬砌结构的设计检算提供了有益的参考。

参考文献
[1] 冯卫星，吴康宝.铁路隧道设计.成都：西南交通大学出版社，1998年3月
[2] 李德武.隧道.北京：中国铁道出版社，2004年4月。