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双连拱隧道中隔墙尺寸及非对称施工研究摘要建立平面应变模型，模拟中隔墙尺寸变化以及中隔墙对称施工和非对称施工对结构的影响。关键词双连拱隧道尺寸变化对称施工非对称施工本文以二类围岩浅埋、直中墙顶部支撑为例，模拟中隔墙尺寸变化对结构的影响，同时以二类围岩浅埋，曲中墙顶部支撑为例，对中隔墙对称施工和非对称施工对结构的影响进行研究1计算模型本文计算模型为线弹性平面应变模型，岩体的初始应力场仅考虑自重应力，只考虑一次衬砌和二次衬砌，锚杆和钢拱架认为是安全储备，地应力分步释放，开挖释放30％，初期支护完成后释放40％，二次衬砌完成后释放其余30％。围岩和混凝土的物理力学参数根据《公路隧道设计规范》中相应参数确定。不计中墙配筋。各类计算参数见表1。有限元计算物理力学参数表1材料类型弹性模量E（GPa）泊松比μ容重γ（KN.m-3）备注C2026.00.222体荷载G取10C2528.50.223Ⅱ19001.20.42数值模拟分析过程及结果2.1中隔墙宽度变化对结构的影响以二类围岩浅埋为例，对中隔墙高4.25米，宽分别为1.5米、1.8米和2.1米三种情况，按中导正洞台阶法施工进行有限元分析，来考察中隔墙宽度变化与结构受力和变形的关系。图1给出了中隔墙的三种宽度下，结构的应力和中隔墙位移的变化直方图。中隔墙宽度增大，一衬σ3max、σ1max都减小，且宽度在1.5米－1.8米之间，σ3max变化显著，1.8米－2.1米之间时，σ3max变化平缓；一衬拉应力σ1max对宽度变化的敏感程度较低，数值上没有太大的变化，且拉应力仅出现在临时支撑中导洞拱顶和一些应力集中点处，但受力范围很小。二衬σ3max变化规律同一衬σ3max变化规律相同，中隔墙宽1.5米－1.8米时影响显著，宽1.8米－2.1米时影响较小；二衬拉应力出现在仰拱处，在中墙宽1.5米－1.8米时，二衬σ3max减小，而且数据变化也较大，在中墙宽1.8米－2.1米时，二衬拉应力最大值反而增大，但是增大的值很小，数据变化不明显。中隔墙σ3max变化规律同一衬σ3max、二衬σ3max变化规律相同，在中隔墙宽1.5米－1.8米时，数据变化显著，中隔墙宽度变化对中隔墙压应力影响较大，在中隔墙宽1.8米－2.1米时，数据变化平缓，中隔墙宽度变化对中墙压应力影响较小。中隔墙的拉应力出现在中墙底部，而且，中墙σ1max对中隔墙的宽度变化敏感度很低，数据基本没有变化。中隔墙相对位移最大值Umax随着中墙宽度增大而减小，且位移变化分别为0.113mm和0.087mm。图1表2给出了高4.25米中隔墙在宽为1.5米、1.8米和2.1米三种下结构应力、位移计算结果数据。表2不同宽度中隔墙的结构应力、位移计算结果1.5米1.8米2.1米一衬σ1max（Mpa）4.264.174.07σ3max（Mpa）10.59.719.46二衬σ1max（Mpa）3.563.323.34σ3max（Mpa）4.814.404.18中隔墙σ1max（Mpa）5.015.014.96σ3max（Mpa）9.929.579.46位移U（mm）7.6897.5767.4892.2中隔墙高度变化对结构的影响以二类围岩浅埋为例，对中隔墙宽1.8米，高分别为3.75米、4.25米和4.75米，三种情况，按中导正洞台阶法施工进行有限元分析，来考察中隔墙宽度变化宽度内容与结构受力和变形的关系。图2给出了中隔墙的三种高度下，结构的应力和中隔墙位移的变化直方图。图2一衬σ3max在中墙高4.25米时，压应力最大，在3.75米和4.75米时，压应力较小；一衬σ1max随着高度增大而增大，但是拉应力都出现在临时支护拱顶和局部应力集中点处，而且受力范围很小。中隔墙高度变化对二衬σ3max影响显著，特别是高度从4.25米到4.75米时，压应力增大很快。二衬σ1max对中墙高度的变化敏感程度很低，数据没有太大的变化。随着中隔墙高度增大，中隔墙σ3max在高4.25米时压应力最小，高3.75米时压应力最大，高4.75米时压应力次之；而中隔墙σ1max在高4.25米时最大，在3.75米和4.75米时，压应力较小，但是拉应力仅出现在中墙底部。中隔墙相对位移对高度变化敏感度较低，数值变化分别为-0.048mm和0.04mm。表2给出了宽1.8米中隔墙在高度分别为3.75米、4.25米和4.75米三种下结构应力、位移计算结果数据。由以上分析可知，中隔墙宽度对结构的受力和位移有一定的影响，随着中隔墙宽度的增加结构的应力、位移最大值都在减小，而且宽度在1.5米－1.8米之间结构的应力、位移变化要明显大于宽度在1.8米－2.1米之间，其中压应力对宽度变化的敏感程度要大于拉应力的敏感程度。中隔墙高度变化对结构的应力和位移有影响，只是规律不统一，高度变化对压应力的影响要大于对拉应力的影响。宽度变化对中隔墙相对位移的影响大于高度变化的影响，中隔墙宽度增加，中隔墙相对位移减小。表2不同高度中隔墙的结构应力、位移计算结果3.75米4.25米4.75米一衬σ1max（Mpa）4.084.174.48σ3max（Mpa）9.279.719.43二衬σ1max（Mpa）3.363.323.30σ3max（Mpa）4.324.405.76中隔墙σ1max（Mpa）4.565.014.56σ3max（Mpa）11.99.579.95位移U（mm）7.5287.5767.5363中隔墙非对称施工对结构的影响本节中对中隔墙对称开挖和非对称开挖两种情况数值模拟计算，按中导正洞台阶法施工进行有限元分析，分别考察中隔墙对称施工和非对称施工对结构受力和变形的影响。中隔墙对称施工按曲中墙顶部支撑模型计算，中隔墙非对称施工按图3给出的模型计算，计算步骤同前。图3图4给出了中隔墙对称施工和非对称施工下，结构的应力和中隔墙位移的变化直方图。由直方图可以看出，二衬σ3max和中隔墙σ3max以及一衬σ3max受中隔墙施工形式的影响显著，其中二衬σ3max中墙采用非对称施工较对称施工增大了118％，中隔墙σ3max增大了23％，一衬σ3max减小了8％。中隔墙非对称施工一衬主拉应力σ1max、二衬主拉应力σ1max、中隔墙主拉应力σ1max以及中隔墙相对位移Umax都较对称施工要小，拉应力数据变化不显著，中隔墙相对位移最大值减小了0.127mm。高度内容图4表3给出了中隔墙按对称施工和非对称施工时结构应力、位移计算结果表3中隔墙对称施工和非对称施工结构应力、位移计算结果中隔墙对称中隔墙非对称一衬σ1max（Mpa）4.174.07σ3max（Mpa）9.718.93二衬σ1max（Mpa）3.324.16σ3max（Mpa）4.4010.4中隔墙σ1max（Mpa）5.013.77σ3max（Mpa）9.5710.6位移U（mm）7.5767.4484结论本文以二类围岩浅埋为例，按中导正洞台阶法施工，对中隔墙尺寸变化结构的应力和位移的影响进行了有限元分析，同时也模拟了中隔墙非对称开挖和对称开挖对结构的影响，得到如下结论：(1)随着中隔墙宽度的增加结构的应力最大值、位移最大值都在减小，而且结构应力、位移在1.5米－1.8米之间变化要明显大于在1.8米－2.1米之间变化。高度内容(2)压应力对中隔墙尺寸变化（包括宽度变化和高度变化）的敏感程度要大于拉应力的敏感程度。(3)宽度变化对中隔墙相对位移的影响大于高度变化的影响。(4)中隔墙施工形式对结构的压应力和中隔墙相对位移影响较大，对结构的拉应力影响较小，对称施工一衬压应力和中墙位移大于非对称施工，而对称施工二衬压应力远小于非对称施工。参考文献1．中华人民共和国交通部，公路隧道设计规范（JTJ026－90），北京，人民交通出版社，19002．铁道部建设总局，铁路新奥法指南，北京，中国铁道出版社，19883．鲁彪，公路小净距隧道最小安全净距确定与双连拱隧道中隔墙断面优化研究，长安大学研究生学位论文，2004.5