隧道复合式衬砌荷载结构法计算方法的探讨

结构分析 中 ， 工程经验一直起着主 导作 用。 目前 山岭隧道 各 围岩 浅埋衬砌结构荷载计算结果如表 ２所 示。
几何参数
衬砌结构总高／ ｍ 初支／ ｍ 二次衬砌拱圈／ ｍ 仰拱／ ｍ 初 期支护 二次衬砌
在 山岭隧道结构 验算 中 ， 由于荷 载结构 模 型受 力 明确 ， 容易 为工程技术人 员理 解和 掌握 ， 目前仍然是 山岭隧道 结构验算 的主 要方法 。采 用该计 算模 型 分析 隧道 结 构 时， 般仅 计 算 二衬 内 一 力， 其荷载则依 据经验 公 式计算 ， 并全 部或 部分加 载到 二衬 结构 上， 以求得内力。该方 法的缺 点是不 能得 到初衬 的 内力 ， 根据 工 程经验分配荷 载比例难 以得 到精确 的计算 结 果 ； 略初衬 ， 接 忽 直
采 用接地 弹簧模拟地层对 二次衬 砌的约束和 其提供 的抗力 ， 不尽 合理。故本文主要探讨将两层衬砌 结构作为整体 ， 用荷载 结构 应
模型计算结构 内力的方 法。
２ 隧道整体荷载结构法计算
本文 以某高速公路项 目两车道 隧道 Ｖ级 、 Ⅳ级衬 砌的整体建
模计算为例 ， 简要介 绍该计算方法。结构设 计图见图 １ 。
第３ ８卷 第 ７期 ２０ １２年 ３月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣ ＴＥ Ｔ ＨＩ Ｃ ＵＲＥ
Ｖｏ ． ８ Ｎｏ． １３ ７
Ｍａ． ２ １ ｒ ０２
・１ ７５ ・
文章 编号：０ ９ ６ ２ （０ ２ ０ — １ ５０ １０ —８ ５ ２ １ ） ７ ０ ７ —３
材料
表 ２ 浅埋衬砌 荷载一览表
项目 计算埋深／ ｍ 围岩弹性抗力系￣／ ａ （ ＭＰ 容重 ｋ ・ ｌ ３ Ｎ ｎ 一 围岩计 算摩擦角／ 。 （） 滑移面摩阻角／ 。 （） 荷载折减系数 侧压 力系数取值 Ａ 竖向荷载 ｑ ｋ ｍ一 ｌ Ｎ・ Ｖ级浅埋 ３ ２ １０ ５ ２ ０ ４ ５ ２ ７ ０７ ． Ｏ２ ．２ ４ｌ ５ Ⅳ级浅埋 ｌ ６ ３０ ０ ２ ０ ５ ０ ４ ５ ０６ ．９ ０２ ．４ ２０ ２
中图分 类号 ：４ ５ ９ Ｕ ５．１ 文献标识码 ： Ａ
１ 概 述
由于岩体 、 土体 的性 质具 有显著 的不 确定 性 ， 以 山岭 隧道 所
级别 的支 护参 数 主要 依 据工 程类 比确定 ， 辅 以必 要 的计 算分 并 析 。隧道初期支 护参数 一般 都按 工程经验 确定 ， Ⅱ， Ｉ， Ⅲ级 围岩 由于岩体稳定性 好 ， 岩体本 身具 有很 高的承 载能 力， 不再 进行 故 结构计算分析 。Ⅳ， Ｖ级围岩则应该在 工程 类 比的基 础上开 展结
水平荷载 ｅｋ ｉ一 ／ Ｎ・ｌ ， ｌ 备注
ｅ： ３ ｅ： ３ ｌ１ ２１ ４ ８ 。： ｅ：１ １ ７ ２１８ ７ 具体计算方法参见隧规附录 Ｅ
Ｖ， Ⅳ围岩深埋衬 砌结构 荷载计算结 果如表 ３所示。
表 ３ 深埋衬砌荷载一览表
项目 Ｖ级深埋 Ⅳ级深埋
围岩弹性抗力系］／ Ｐ ￣Ｍａ 容重 ｋ ・ 。 Ｎ ｍ一 围岩压 力增减率 ｉ 宽度影 响系数 侧压 力系数取值 ＾ 竖 向荷载 ｑｋ ｍ一 ／ Ｎ・
隧道复 合式衬砌荷载结构法计算方法的探讨
邓 文龙
摘
王
飞
２０８ ） ３０ ８
（ 安徽省交 通规 划设 计研究 院， 安徽 合肥
要： 探讨 了将隧道复合式衬砌 的两层衬砌结构作为整体考虑 ， 采用荷载结构法计算内力的方法 ， 对采 用整体 计算和初 期支护、
二次衬砌 按比例分担荷载的计算结果进行 了比较 ， 出了有 指导 意义 的结论。 得 关键 词 ： 初期支护 ， 二次衬 砌 ， 荷载结构法 ， 内力
１０ ５ ２ ０ ０１ ． ０ ２ ．３ ０４ ． ２ ９９ ４．８
３０ ０ ２ ０ ０１ ． Ｏ１ ．８ ０２ ．５ １３ ５ ２ ．５
水平 荷载 ｅ Ｎ・ ／ ｍ２ ｋ
备注
９． ９９ ９
３． Ｏ８ ９
ｑ ０ ４ ２ ～ ￣ ｔ： ＝ ＝ ．５ ｘ ｙ ｅ 加 ｏ
Ｖ 型衬砌断面图（： ０ ｂ １０） １
砌传递径 向力， 而不考 虑切 向力 ， 采 用释 放弯矩 的连杆 连接 内 故 外两层梁单元 的节点 ， 以传递荷载作 用。其计算简图见图 ２ 。
图 １ 结构设计图
２ １ 计算几何参数及材料 ．
隧道衬砌结构几何参数及材料如表 １ 所示。
计算时采 用局部变形 理论 （ 即温克尔 假定 ） 考虑地 层约 束作
用。将地基可 以看成 由无限多个各 自孤 立的弹簧构成 ， 地基 的沉
降即相 当于弹簧压缩 ， 弹簧常数 即相 当于弹性压缩系数。
取隧道纵 向 １ｉ长度 建立横 断面计 算模 型。计 算 时采 用梁 ｎ
单ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ模拟初期支护和二次衬砌结构 ； 采用接地弹簧模 拟地 层约束 和抗 力： 虑两次衬 砌 之间不 允许变形 ， 考 且初期 支护仅 向二次 衬
收稿 日期 ：０ ２０ —７ ２ １ — １１ 作者简介 ： 邓文龙 （９０ ， ， １８ －） 男 工程师
构验算工作 。
２２ ． －计 算荷载 和计 算模 型
依据 ＪＧ Ｄ ０２ ０ Ｔ ７ －０４公路 隧道设计规 范相 关规定 ， Ⅳ 围岩 Ｖ，
表 １ 几何参数及材料表
项目 计算跨度／ ｍ Ｖ级浅埋 Ｖ级深埋 Ⅳ级浅埋 Ⅳ级深埋 １ ．８ ２ ３ １ ．６ ２ ３ １． ｏ ２２ １．６ ２ １ ８９ ．９ ０２ ．４ ０４ ．５ ０４ ．５ Ｃ５ ２ Ｃ０ ３ ８５８ ． ８ ０２ ．３ ０ ４ ．５ ０ ４ ．５ Ｃ５ ２ Ｃ０ ３ ８４ ．８ Ｏ２ ．Ｏ ０４ ．０ ０４ ．０ Ｃ５ ２ Ｃ０ ３ ８４ ５ ．５ ０ １ ．８ ０４ ． ０ ０４ ． ０ Ｃ５ ２ Ｃ５ ２