超大跨度城市交通隧道支护体系设计研究

超大跨度城市交通隧道支护体系设计研究

本文通过数值模拟的方法，对超大跨度、小净距、超浅埋城市交通隧道进行了设计分析研究，确定了安全、经济、合理、可行的设计方案。

标签：数值模拟；城市交通隧道；超大跨度；小净距；超浅埋

前 言

近年来，随着城市建设的不断发展，城市规模的不断扩大，特别是在山区城市的市政工程项目中，城市交通隧道越来越多，且呈现出小净距和连拱隧道居多，浅埋超浅埋现象普遍，开挖跨度大等特点。

1 实例分析

1.1 工程概况

本隧道为德阳市东一环市政道路工程上的一座隧道。隧道单洞长度335m，采用小净距的平面布置形式。隧道建筑限界宽度16.25m，高5.0m；隧道净宽16.78m，净高8.91m，内净空面积121.7m2；隧道最大埋深62.7m，最小埋深3.73m；双洞之间最小净距约13.2m，单洞最大开挖跨度19.5m，属于超大跨度小净距隧道。

隧道进出口段地表为第四系覆盖层，下部主要为粉砂质泥岩及泥岩的互层；隧道洞身段地表为第四系覆盖层，下部主要为粉砂质泥岩、砂岩及泥岩的互层；隧道穿越地层主要为粉砂质泥岩，围岩级别为Ⅳ级和Ⅴ级围岩。

1.2 数值模拟分析

本次计算采用有限元软件ansys利用荷载-结构法进行计算分析。荷载-结构法用来验算二次衬砌截面的安全性。

计算时首先按规范给出的公式确定围岩压力，然后将衬砌离散成一系列梁单元，地层的抗力约束作用视为线性弹簧，按弹性地基梁法计算衬砌的内力，最后依据内力进行衬砌截面的安全性验算。

隧道二次衬砌结构采用梁单元模拟，地基弹性抗力则通过只压不拉杆单元来实现。此外，为计算结果的偏安全考虑，明洞结构计算时不考虑回填土石的弹性抗力的作用。

围岩作用在衬砌结构上的的垂直压力与水平压力通过在节点上施加数值和水平向节点力来实现，水压力则通过施加单元径向力来实现。

1.2.1 计算模型（见图1、图2）

1.2.2 计算结果（见图3～8）

1.3 结构设计方案

综合隧道围岩类别、洞室埋深条件和地质条件等因素，按照新奥法的设计原理，根据数值模拟计算结果，确定各类围岩复合式衬砌支护参数如表1所示。

2 结 语

目前本隧道已经顺利完工通车，从施工过程中的监控量测数据看，本次设计确定的支护方案是安全、经济、可行的。

参考文献

[1]公路隧道设计规范，JTGD70-2004[S].

[2]公路隧道设计细则，JTG/TD70-2010[S].

[3]德阳市东一环天公堂隧道施工图设计文件.

[4]德阳市东一环天公堂隧道工程地质详勘报告.

作者简介：王传琦（1979-），男，河南南阳人，工程师，硕士，2008年毕业于西南交通大学，隧道工程专业，从事隧道工程的设计工作。