基于安全系数的隧道衬砌优化设计探讨

考虑施工等因素,铁路隧道拱墙段二衬一般设计为等厚,并非按实际受力去调整尺寸,因此存在结构浪费等不合理问题。为探讨衬砌截面尺寸的合理性,文章基于安全系数,采用数值计算法,建立隧道衬砌不均匀厚度模型,设计多种工况研究隧道衬砌不均匀厚度对于衬砌安全性能影响规律。结果表明:不同部位尺寸变化对拱顶弯矩及安全系数影响程度不同,为拱顶>拱腰>边墙;隧道拱顶厚度减小时,在一定长度变化范围内安全系数增大,且双线隧道安全系数较单线隧道提高更明显;拱顶尺寸调整范围越小,拱顶安全系数变化越敏感,且安全系数对长度变化的敏感性更高;拱顶0.45B范围内减薄至75%,两侧拱腰及边墙同样在0.45B范围增厚至112%,在二衬工程量基本不变的情况下,拱顶安全系数可提高10%~20%。