大断面复合衬砌隧道二衬荷载分担比研究

为深入分析采用复合式衬砌形式的大断面隧道初支与二衬的荷载形成机理及其二衬荷载分担比例,从而为大断面隧道衬砌结构设计提供参考意见,文中以深汕西改扩建项目城仔山隧道工程为例,运用FLAC3D软件建立不同埋深条件下大断面隧道施工计算模型,研究了Va级围岩大断面隧道在双侧壁导坑工法下的荷载分担情况。研究结果表明,大断面隧道二衬荷载分担比通常不超过50%,说明二衬并非主要承载结构。此外,大断面隧道二衬分担比与埋深的关联性不高,但二衬所承担的荷载大小与埋深有关,且埋深越大,初始荷载越高,二衬荷载分担比增长幅度也越明显。二衬在施工后参与荷载承担作用,承受的二衬荷载增长速度较快,并在支护结构稳定后其变化曲线趋于平稳。隧道拱顶竖向荷载均大于边墙横向荷载,且拱顶的二衬荷载分担比也更高。软弱围岩段大断面隧道宜加强初支刚度,以减小二衬分担的荷载。研究成果为大断面隧道支护优化设计提供了参考意见。

考虑时间效应的深埋小净距隧道围岩压力分析

囿于地形地貌、地质条件、选线要求等条件的限制,公路工程中常采用小净距形式的隧道,小净距隧道围岩压力是其复合式衬砌结构设计中的关键问题,但目前关于小净距隧道初支与二衬围岩压力分布及其随时间变化规律的相关研究仍较为稀缺。以龙兴岭隧道为背景,在FLAC3D平台上对4洞小净距隧道的开挖支护过程展开了细致的数值模拟,重点关注了作用在初支与二衬上的围岩压力分布。进一步考虑围岩蠕变效应,探讨了小净距隧道复合式衬砌支护结构的围岩压力及其初支/二衬荷载分担比随时间的变化规律,并与现场监测结果相互验证。结果表明:复合式衬砌支护结构围岩压力总体上关于设计中线近似呈对称分布,小净距隧道主洞(后行洞)开挖扰动引起辅洞(先行洞)二衬上围岩压力略微增大;围岩蠕变作用下,初支围岩压力随时间呈下降趋势,二衬围岩压力随时间呈上升趋势,但二者之和基本保持不变;蠕变稳定后,主洞上台阶部分(拱顶至拱腰)的二衬荷载分担比约为25%~45%,主洞下台阶部分(仰拱至边墙)的二衬荷载分担比约为20%~35%。研究成果可为小净距隧道复合式衬砌结构的设计施工及后期运维提供参考依据。