公路隧道围岩压力与中隔墙应力计算研究.docx

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1、公路隧道围岩压力与中隔墙应力计算研究 摘要： 在城乡经济不断发展的今日，对交通基本措施的建设正在不断的加强，马路的等级也越来越高，对马路隧道的建设也越来越重视。但是，从整体上来说，我们的国家的马路隧道建设起步得比较晚，发展程度还不是很高，许多的技术和探讨相比较于西方发达国家来说还有很长的一段路要走。在本篇文章中笔者将理论与实践想结合，运用地球物理学的基本原理，推导出隧道围岩环向地应力的计算表达式。该表达式把比较困难的隧道模型精简成为一个拱进行计算，与此同时还在隧道工程实例中进行了有效的实践检验。让理论应用于实际。 Abstract： In urban and rural economic de

2、velopment， the construction of the basic measures of traffic is ever increasing， the level of the highway is increasing， the construction of the highway tunnel is more and more valued. However， from the whole， Chinas highway tunnel construction started quite late， the degree of development is not ve

3、ry high， there is still a long way to go for China lots of technologies and researches compared to the western developed countries. The author combined theory with practice， used the basic principles of geophysics， deduced the calculation expression of the tunnel surrounding rock ring crustal stress

4、. The expression streamline more complex tunnel model to become arch to calculate， at the same time， effective practice inspection was carried out in tunnel engineering example. 关键词： 隧道工程；连拱隧道；围岩压力；中间墙 Key words： tunnel engineering；arch tunnel；surrounding rock pressure；middle wall 中图分类号：U45 文献标识码：A

5、文章编号：1016-431106-0068-02 0 引言 随着国家对城乡经济的重视，在马路建设方面赐予了许多的资金和技术支持，马路隧道的发展势头呈现良好的趋势。国家对马路隧道不仅仅是数量上的须要，还更是质量上的要求。但是，平安的隧道工程建设才是最重要的，要做到这一点首先就是要制定一套比较有效的隧道设计方案，通常状况下隧道的设计采纳的方式是隧道衬砌计算，但是随着科技的发展，各种先进的计算方式在不断的引入这一个领域，比如连续介质力学方法、数值分析方法就起先被广泛的推广，渐渐的代替过去的结构力学方法。当然，传统的还是先进的隧道工程建设方法都必需要相匹配的计算模型精确的荷载计算。笔者在该论文中主要是

6、结合着地球物理学的基本理论和隧道围岩环向地应力的计算表达式，将隧道模型简化为拱进行计算。 1 马路隧道围岩压力计算 1.1 计算基本思路 马路隧道应沿其掘进方向每隔一段距离W做一代表性横截面。该区段W和该横截面的之间的关系是成反比的，区段是长短主要是取决于隧道所在的地形态况和隧道的详细设计，而区段的中间部分的横截面是最具有代表性的。区段越短的话横截面的代表性就更好，这样的反比能够用来计算隧道拱周压力。通常状况下，马路隧道的区段大小的仅仅是在两米到五米这个范围内波动。 图1是一个隧道所选区段的代表性横断面。图1中BO3GFO2为隧道横断面，DO5IGO3B区域为隧道拱顶压力作用区域。Q为拱顶压力

7、作用区域内一个微元，微元质量为dn，地心引力dn的竖向重量dn即为微元Q对隧道拱顶的正压力。由于d很小很小，因此cos d=1。也就是说，由许多个结构紧凑的微元组成的拱径向压力作用区域的全部地心引力的合力就是要计算的拱的径向压力。根据刚才的分析，地心引力在很大程度上影响着隧道拱顶压力。 1.2 隧道区段拱周压力及应力计算 假设图1横断面代表的区段长为W，隧道宽为2a，隧道底部高程为H1，侧壁顶部高程为H2，拱顶高程为H3，大地水准面对地心O的半径R为6，373，000m。 图1所示隧道区段拱顶径向压力作用区域的断面范围为DO5IGO3B，从图上可获得DO5I自然坡面线上各点的平均高程HJ，则断

8、面面积S就等于扇形EOJ的面积减去扇形COH的面积，其表达式为： S=R+H/2-R+H+H/2/2 =R+H-R+H+H/2 假如拱顶压力作用区域的岩土体平均密度为，其任一微元用Q表示，质量为dn。就可以得到则该区段隧道拱顶压力作用区域岩土体的总质量表达式就是：m=SW 地心引力竖向重量dn为：dn=cos 因为coscos1，所以：dn=dn 因此，该区段隧道拱顶压力作用区域对拱顶的总压力P为：P=dn=m=SW 若拱顶总面积为SD，则拱顶径向应力为： =P/SD 2 某隧道工程概况 本文探讨了一个双连拱结构四车道单向行驶，衬砌内轮廓为R=540cm单心圆曲墙形式，中隔墙二衬为整体全环向模

9、筑砼的高速马路隧道。隧道位于R平曲线上，竖曲线半径R8000m，全长186m。设计纵坡为+3.4%和-0.385%的人字坡，变坡点桩号为K3+680。其道建筑界限为9.75m5.0m。隧道最大埋深为60m，最大开挖宽度为25m。 这个高速马路隧道位于地形有点儿起伏，有的地方有水流经过的丘陵地带，根据地质调查来看，该隧道区里面大致为基岩出露。一些隧道的表面上还存在一些杂碎的状砾岩石土。山体表面的残坡积通常达不到0.5m厚；隧道里面的化砾岩的厚度是5到10m之间。 本隧道围岩以、类为主交替改变。首先是要依据新奥法的相应规定来进行模型的设计，并将其贯穿到工程建设的整个过程之中；然后运用复合衬砌的方法

10、，在运用钢拱架作初期支护和模筑素砼或钢筋砼作二次衬砌的之间要设置一个防水层；最终就是，除了这些主要的方法之外还有超前长管棚、超前小钢管及加固注浆等这些协助性的方法来进行隧道的围岩。 中隔墙压力盒一般都是钢弦式的，它的主要作用之一就是接受到来自喷层表面应力测量点的牢靠的测试数据。中墙内应力测试压力盒预埋在砼浇筑前的中墙内，每类岩段1个，共5个。 3 隧道中隔墙应力计算 图1中W取2m，隧道断面b为11.6m，依据各种图表可以知道：隧道底部高程H1=105.1m，侧壁顶部高程H2=108.2m，拱顶高程H3=114.0m，三类围岩=22KN/m3，四类围岩=26.2KN/m3。五个断面各区段断面的

11、拱顶作用区域内地表的平均高程HJ、依据式计算得到洞周径向应力及将隧道模型简化为拱结构计算所得中隔墙压应力见表1。 4 隧道的实测结果 根据洞周收敛现场量测结果来看，K3+623断面在主洞开挖不到三个月的时间之后，洞周位移收敛率不超过0.15mm/d，根据相关规则定理推理，该断面围岩不会出现过大的波动，但是，K3+657、K3+696、K3+732、K3+750四个断面的状况却不是很稳定，还有待视察和测验。下面的图2、图3的曲线波动的绘制呈现了K3+623、K3+657两个断面的应力改变状况。 现将各个断面的计算值和实测值比较如表2。就能够闭目了然的看到理论计算值和实测值之间的浮动大小。 5 结

12、语 隧道的方案定制和施工建设都涉及到连拱隧道围岩压力及中隔墙压应力的计算。在工程建设的整个过程中都须要实时的进行必要的中隔墙压力的量测，这样才能在构筑隧道的时候不仅仅监督和限制着隧道围岩工作，保障工程的平安和进度，还对支护结构的合理性起着检测、监督的作用。笔者将理论计算值和实际施工过程中检测到的数值进行记录，并制成表格进行对比，最终发觉这样的计算方法和计算模型是符合实际应用的，中隔墙压力的量测和计算是能够比较有效的计算出压力盒断面位置围岩的详细状况，理论探讨供应原始数据。这样才能刚好的为隧道施工做好监督和突发状况的警报工作，帮助隧道施工人员争取救援的时间。只是，因为岩体自身的物理特性困难多变，以及隧道构筑过程中对围岩稳定性的影响，使得找到一个反映岩体状态的物理力学模型比较难。这也是隧道的计算模型和计算方法须要改进的地方。 参考文献： 1刘佑荣，唐辉明.岩体力学M.武汉：中国地质高校出版社，11019. 2李晓红.隧道新奥法及其量测技术M.北京：科学出版社，2000. 3JTJ042-94，马路隧道施工技术规范S. 第7页 共7页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页