隧道二次襯砌影響因素分析

魏洪偉 李鈺琨

(1重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 400074；2中交第一公路勘察設(shè)計研究院有限公司， 陜西 西安 710075)

1 研究背景

在隧道設(shè)計時，二次襯砌作為重要的支護措施和承載結(jié)構(gòu)，其承擔(dān)荷載的大小，直接決定隧道襯砌支護參數(shù)的選擇，對二次襯砌受到的荷載進行研究，具有重要的現(xiàn)實意義0。《公路隧道設(shè)計細則》[3]中分離式隧道，采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，用結(jié)構(gòu)力學(xué)法進行計算初期支護與二次襯砌的作用力大小。有必要研究在不同施工方法等條件下，系統(tǒng)全面的研究二次襯砌所受的力。

2 建模型建立及物理參數(shù)選取

根據(jù)《公路隧道設(shè)計規(guī)范 第一冊 土建工程》（JTG 3370.1-2018），材料的物理力學(xué)取值為表2.1所示。

表2 .1 模型材料參數(shù)取值表

初期支護采用I18號工字鋼，為了方便建模，把鋼拱架的作用看作是對噴射混凝土剛度的加強。隧道采用標(biāo)準(zhǔn)兩車道內(nèi)輪廓圖，隧道寬11.1m，高8.5m。本文采用Midas/GTS建模，圍巖、初支和仰拱充填混凝土都采用實體單元模擬，二次襯砌、仰拱采用板單元模擬。圍巖采用摩爾庫倫模型，混凝土采用彈性模型。二次襯砌采用2D板單元模擬。在后處理結(jié)果中提取二次襯砌的變形值和應(yīng)力值。

3 二襯形變壓力影響因素分析

以Ⅴ級圍巖深埋雙車道隧道模型為基礎(chǔ)，分別研究支護時機、開挖方法、初期支護剛度等因素對二襯形變壓力的影響。

3.1 支護時機對二次襯砌形變壓力的影響

分別計算掌子面距離二襯20m、30m、70m時二次襯砌的形變壓力，對比二次襯砌最佳時段施作后的形變壓力，分析二次襯砌提前或延后施作對其所受形變壓力的影響規(guī)律，結(jié)果見表3.1。

表3 .1二次襯砌形變與軸力計算值

以上計算結(jié)果可以看出，對比最佳時段施作后的形變和內(nèi)力，可見提前施作二次襯砌，二次襯砌形變壓力很大，隨著延緩施作時機，距離達到46m以后，二次襯砌形變壓力基本維持在一個穩(wěn)定的水平上。

3.2 開挖方法對二次襯砌形變壓力的影響

3.3 初期支護剛度對二次襯砌形變壓力的影響

表3 .3 初期支護不同剛度下二次襯砌作用力計算結(jié)果

可以看出，改變初期支護的厚度，對二次襯砌的軸力影響較大；提高噴射混凝土標(biāo)號和加密鋼拱架布設(shè)密度對二次襯砌所受形變壓力的影響甚微。

4 結(jié)論

采用超短臺階法開挖隧道，對二次襯砌所受形變壓力影響極小。單側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖隧道，因?qū)鷰r的擾動次數(shù)較多且初期支護封閉時間長，初期支護變形量小，二次襯砌的變形值和形變壓力相較于短臺階法漲幅較大，初期支護厚度對二襯軸力影響較大。