浅埋偏压双连拱隧道施工顺序的有限元数值模拟分析

唐 伟,张红薇

(1.铁道第三勘察设计院集团有限公司城交分院,天津 300251；2.西南交通大学土木工程学院，成都 610031)

1 概述

连拱隧道作为一种新的公路隧道结构形式,因其占地面积小、线形流畅、线路布线方便等优点,被广泛应用[1]。但其设计相对复杂,对施工技术要求比较高,开挖断面跨度大,开挖需分多步进行,对围岩扰动次数较多,围岩与支护结构的受力状态复杂多变；开挖和支护相互交错,使得围岩应力变化和衬砌荷载转换复杂,尤其是中隔墙,受力更复杂,拉、压、剪、弯均有,中隔墙的下沉和水平位移决定连拱隧道结构的整体稳定性[2～4]。

2 工程概况

某高速公路连拱隧道长度为560 m,处于玄武岩台地区,岩层主要为玄武岩,厚度在150 m以上。地表岩层风化严重,质地疏松,隧道围岩为Ⅱ类；地形起伏不大,隧道最大埋深约为23 m,其余埋深18～20 m,属于浅埋隧道。由于隧道处于山坡处,加上双连拱隧道跨度比较大,受地形偏压作用。

隧道衬砌断面如图1所示,中隔墙为复合式结构形式,开挖跨度为23.35 m,开挖高度为10.05 m。

图1 隧道衬砌断面(单位：cm)

3 有限元模型的建立

3.1 模型的选取

在模型中,水平向右为X正方向,竖直向上为Z方向,隧道纵向为Y方向。根据有限元计算理论,水平向左、右两侧分别取隧道跨度的3倍,上边界取至地表,下边界取隧道高度的3倍,隧道纵向取40 m。边界条件施加位移约束：左、右两个侧面施加X向约束,前、后两个面施加Y向约束,底面施加Z向约束,上表面为自由面。整个模型近3万个节点,14万多个单元。……