大荷載下的明挖暗埋隧道結(jié)構(gòu)分析

1、<p>　　大荷載下的明挖暗埋隧道結(jié)構(gòu)分析</p><p>　　摘要：針對(duì)城市中明挖暗埋隧道在穿越埋深較大、地下水位較高的情況，利用有限元軟件對(duì)直線(xiàn)型結(jié)構(gòu)和折線(xiàn)型結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)對(duì)結(jié)果的分析對(duì)比，折線(xiàn)型結(jié)構(gòu)能大大改善結(jié)構(gòu)的受力狀況，更能滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟(jì)的要求。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：明挖暗埋，隧道，有限元，折線(xiàn)結(jié)構(gòu) </p><p>　　中

2、圖分類(lèi)號(hào)：U45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： </p><p><b>　　1引言 </b></p><p>　　明挖法（open cut method）指的是先將隧道部位的巖（土）體全部挖除，然后修建洞身、洞門(mén)，再進(jìn)行回填的施工方法。明挖法具有施工簡(jiǎn)單、快捷、經(jīng)濟(jì)、施工風(fēng)險(xiǎn)小、工期快的優(yōu)點(diǎn)，埋深較淺且有充裕施工空間的城市地下隧道工程都把它作為首選的開(kāi)挖技術(shù)。 <

3、;/p><p>　　有限元法是將求解域看成是由許多稱(chēng)為有限元的小的互連子域組成，對(duì)每一單元假定一個(gè)合適的近似解，然后推導(dǎo)求解這個(gè)域總的滿(mǎn)足條件，從而得到問(wèn)題的解。這個(gè)解不是準(zhǔn)確解，而是近似解，因?yàn)閷?shí)際問(wèn)題被較簡(jiǎn)單的問(wèn)題所代替。在明挖隧道計(jì)算分析中，由于大多數(shù)實(shí)際問(wèn)題難以得到準(zhǔn)確解，而有限元不僅計(jì)算精度高，而且能適應(yīng)各種復(fù)雜形狀，因而成為行之有效的工程分析手段。 </p><p><b&g

4、t;　　2 工程地質(zhì)概況 </b></p><p><b>　　2.1 工程概況 </b></p><p>　　擬建項(xiàng)目采用隧道方式下穿河道，河床處隧道埋深約為2米，河堤及堤外地面回填高度高約10米。河堤公路按公路Ⅰ級(jí)荷載考慮。 </p><p><b>　　2.2地形地貌 </b></p>&l

5、t;p>　　本段屬丘陵地貌，地形起伏不大，地面高程為34-66m。沖溝及谷地中分布有水塘及農(nóng)田，山坡較緩，坡度一般20-35°，山上植被較發(fā)育。 </p><p><b>　　2.3 地層巖性 </b></p><p>　　隧道主要地層分為第四系和元古界冷家溪群，將本段地層按新到老分述如下： </p><p><b>

6、　　第四系覆蓋層 </b></p><p>　　1） 種植土：黃褐色，含植物根系，厚約0.5m。 </p><p>　　2） 粘土：分布于山坡上為黃色，硬塑，厚約0-5.0m，具網(wǎng)紋狀結(jié)構(gòu)；分布于沖溝等低洼地段，褐黃色，可、可硬塑，局部呈軟-可塑，厚約3.0m。 </p><p>　　基巖 元古界冷家溪群（Ptl） </p><p&g

7、t;　　板巖：板狀構(gòu)造，全路段差異風(fēng)化明顯。 </p><p>　　1）全風(fēng)化層，黃色，呈硬塑土狀。 </p><p>　　2）強(qiáng)風(fēng)化層，黃灰色，局部夾紫紅色，巖質(zhì)軟，節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙面多被鐵錳質(zhì)浸染，呈褐黑色，巖石破碎。 </p><p>　　3）中風(fēng)化層灰色或青灰色，巖質(zhì)堅(jiān)硬。 </p><p>　　4）構(gòu)造破碎帶巖性軟，泥質(zhì)膠結(jié)，角礫

8、成分以石英和板巖碎塊為主，呈碎塊夾泥狀，僅局部分布。 </p><p>　　2.4 巖土工程參數(shù)取值 </p><p>　　經(jīng)過(guò)勘察和試驗(yàn)，各地層巖土體主要力學(xué)指標(biāo)如下： </p><p>　　表1巖土主要力學(xué)指標(biāo)推薦值表 </p><p><b>　　3 計(jì)算模型建立 </b></p><p>

9、　　本文中采用MIDAS/GTS軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬計(jì)算[3]。取兩個(gè)典型斷面建立模型：結(jié)構(gòu)采用C30鋼筋混凝土，寬度24.8m，頂板、底板厚度1.2m，側(cè)墻厚度1m，中墻厚度0.7m，單元類(lèi)型為梁?jiǎn)卧?</p><p><b>　　1）直線(xiàn)型結(jié)構(gòu) </b></p><p>　　圖1 直線(xiàn)結(jié)構(gòu)示意圖 </p><p>　　圖2 直線(xiàn)結(jié)構(gòu)模型圖

10、</p><p><b>　　2）折線(xiàn)型結(jié)構(gòu) </b></p><p>　　圖3 折線(xiàn)結(jié)構(gòu)示意圖 </p><p>　　圖4 折線(xiàn)結(jié)構(gòu)模型圖 </p><p><b>　　3)荷載計(jì)算 </b></p><p>　　斷面取埋深10m計(jì)算,水土合算。 </p>&

11、lt;p>　　恒載豎向壓力：360.00kN/m2 </p><p><b>　　恒載水平壓力 </b></p><p>　　頂板處：194.30kN/m2 </p><p>　　底板處：299.58kN/m2 </p><p>　　由《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D60—2004)第4.3.4條規(guī)定計(jì)算： &

12、lt;/p><p>　　車(chē)輛荷載垂直壓力：32.26kN/m2 </p><p>　　車(chē)輛荷載水平壓力：18.99kN/m2 </p><p><b>　　4計(jì)算分析 </b></p><p>　　通過(guò)計(jì)算后，得到彎矩圖和剪力圖如下： </p><p>　　圖5 直線(xiàn)結(jié)構(gòu)彎矩圖 </p>

13、<p>　　圖6 折線(xiàn)結(jié)構(gòu)彎矩圖 </p><p>　　對(duì)比彎矩圖可以發(fā)現(xiàn)，直線(xiàn)結(jié)構(gòu)頂部中點(diǎn)和底部中點(diǎn)處彎矩達(dá)到最大值分別為：6.29×103 kN·m，4.98×103 kN·m。折線(xiàn)結(jié)構(gòu)彎矩最大值都出現(xiàn)在頂、底部中點(diǎn)，其值分別為3.34×103 kN·m，4.81×103 kN·m。通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，二者底部彎矩變化不

14、大，但頂部彎矩值明顯減少，且在腹板處，彎矩值減少約50%。整個(gè)頂板的受力更加均勻。 </p><p>　　綜上所述，對(duì)于同樣外部條件的隧道結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，采用折線(xiàn)結(jié)構(gòu)不但能優(yōu)化結(jié)構(gòu)斷面，而且增強(qiáng)了運(yùn)營(yíng)的安全儲(chǔ)備，因此，折線(xiàn)結(jié)構(gòu)更適合明挖隧道在大埋深條件下的使用。 </p><p><b>　　3結(jié)語(yǔ) </b></p><p>　　1、本文利用有限元軟

15、件，對(duì)相同荷載下的兩種形式結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模擬分析。 </p><p>　　2、通過(guò)對(duì)比受力情況，折線(xiàn)結(jié)構(gòu)對(duì)結(jié)構(gòu)頂板的彎矩改善較為明顯。 </p><p>　　3、兩種結(jié)構(gòu)在底板的荷載變化影響不大。 </p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn) </b></p><p>　　明挖暗埋法在城市下穿連拱隧道施工中的應(yīng)用，萬(wàn)雨晴，《

16、建筑》 2010年10期 </p><p>　　大跨徑連拱隧道明挖施工技術(shù). 董道雷.《重慶建筑》 2010年07期 </p><p>　　王勖成. 有限單元法.第一版.北京：清華大學(xué)出版社，2003-07-01 </p><p>　　《MIDAS GTS 用戶(hù)手冊(cè)》 </p><p>　　《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG