大荷載下的明挖暗埋隧道結構分析

1、<p>　　大荷載下的明挖暗埋隧道結構分析</p><p>　　摘要：針對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，利用有限元軟件對直線型結構和折線型結構模型進行計算，通過對結果的分析對比，折線型結構能大大改善結構的受力狀況，更能滿足結構安全、經(jīng)濟的要求。 </p><p>　　關鍵詞：明挖暗埋，隧道，有限元，折線結構 </p><p>　　中

2、圖分類號：U45 文獻標識碼：A 文章編號： </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，再進行回填的施工方法。明挖法具有施工簡單、快捷、經(jīng)濟、施工風險小、工期快的優(yōu)點，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挖技術。 <

3、;/p><p>　　有限元法是將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互連子域組成，對每一單元假定一個合適的近似解，然后推導求解這個域總的滿足條件，從而得到問題的解。這個解不是準確解，而是近似解，因為實際問題被較簡單的問題所代替。在明挖隧道計算分析中，由于大多數(shù)實際問題難以得到準確解，而有限元不僅計算精度高，而且能適應各種復雜形狀，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)紋狀結構；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：板狀構造，全路段差異風化明顯。 </p><p>　　1）全風化層，黃色，呈硬塑土狀。 </p><p>　　2）強風化層，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）中風化層灰色或青灰色，巖質(zhì)堅硬。 </p><p>　　4）構造破碎帶巖性軟，泥質(zhì)膠結，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)過勘察和試驗，各地層巖土體主要力學指標如下： </p><p>　　表1巖土主要力學指標推薦值表 </p><p><b>　　3 計算模型建立 </b></p><p>

9、　　本文中采用MIDAS/GTS軟件對結構進行模擬計算[3]。取兩個典型斷面建立模型：結構采用C30鋼筋混凝土，寬度24.8m，頂板、底板厚度1.2m，側墻厚度1m，中墻厚度0.7m，單元類型為梁單元。 </p><p><b>　　1）直線型結構 </b></p><p>　　圖1 直線結構示意圖 </p><p>　　圖2 直線結構模型圖

10、</p><p><b>　　2）折線型結構 </b></p><p>　　圖3 折線結構示意圖 </p><p>　　圖4 折線結構模型圖 </p><p><b>　　3)荷載計算 </b></p><p>　　斷面取埋深10m計算,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《公路橋涵設計通用規(guī)范》(JTG D60—2004)第4.3.4條規(guī)定計算： &

12、lt;/p><p>　　車輛荷載垂直壓力：32.26kN/m2 </p><p>　　車輛荷載水平壓力：18.99kN/m2 </p><p><b>　　4計算分析 </b></p><p>　　通過計算后，得到彎矩圖和剪力圖如下： </p><p>　　圖5 直線結構彎矩圖 </p>

13、<p>　　圖6 折線結構彎矩圖 </p><p>　　對比彎矩圖可以發(fā)現(xiàn)，直線結構頂部中點和底部中點處彎矩達到最大值分別為：6.29×103 kN·m，4.98×103 kN·m。折線結構彎矩最大值都出現(xiàn)在頂、底部中點，其值分別為3.34×103 kN·m，4.81×103 kN·m。通過對比可以發(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%。整個頂板的受力更加均勻。 </p><p>　　綜上所述，對于同樣外部條件的隧道結構來說，采用折線結構不但能優(yōu)化結構斷面，而且增強了運營的安全儲備，因此，折線結構更適合明挖隧道在大埋深條件下的使用。 </p><p><b>　　3結語 </b></p><p>　　1、本文利用有限元軟

15、件，對相同荷載下的兩種形式結構進行了模擬分析。 </p><p>　　2、通過對比受力情況，折線結構對結構頂板的彎矩改善較為明顯。 </p><p>　　3、兩種結構在底板的荷載變化影響不大。 </p><p><b>　　參 考 文 獻 </b></p><p>　　明挖暗埋法在城市下穿連拱隧道施工中的應用，萬雨晴，《

16、建筑》 2010年10期 </p><p>　　大跨徑連拱隧道明挖施工技術. 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：清華大學出版社，2003-07-01 </p><p>　　《MIDAS GTS 用戶手冊》 </p><p>　　《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTG