大跨度浅埋隧道二次衬砌结构静力分析

王立光 曾梦秋

(武汉工程大学，湖北武汉 430073)

0 引言

改革开放以来，我国公路隧道建设事业迅猛发展，而且，随着西部大开发战略的逐步实施，我国高速公路建设又进入了一个新的大发展时期［1］。隧道的开挖跨度在不断变大，大跨度浅埋隧道由于上覆盖层薄，围岩稳定性很差，衬砌受力比较复杂，尤其二次衬砌承担较大荷载，在这种情况下，二次衬砌设计的是否合理不仅关系到隧道施工过程的安全，而且对后期隧道运营管理也有很大影响。

1 工程概况

广乐高速公路某隧道设计为双向六车道，时速120 km/h。该左线长565 m，右线长640 m。该隧道穿越地段上覆粉质粘土及全强风化岩体，土体松散，强度及稳定性极差，分布厚度3 m～20 m。YK97+515～ZK98+040段隧道穿越围岩为全～强风化砂岩夹中风化灰岩，砂页岩风化强烈，岩质软弱，裂隙极发育，强度及稳定性差;灰岩岩质较硬，隐伏岩溶发育，岩溶强烈发育。整体围岩岩体破碎，强度分布不均匀，灰岩层岩溶强烈发育。YK98+040～ZK98+165段隧道穿越岩体主要为砂页岩及煤层互层，主要为全～强风化岩，呈土状或半岩半土状，结构松散，强度及稳定性差，施工开挖易坍塌及侧壁失稳。整个隧道围岩均划为Ⅴ级。设计采用两种衬砌:S5a与S5b，其中S5a衬砌的开挖跨径达17.95 m，高达12.2 m，开挖面积为174.9 m2，断面的扁平率为 0.68。

2 围岩压力计算

根据隧道地勘报告，隧道上覆围岩主要为粘土和全～强风化灰岩，岩体松散、自稳性差，其物理力学参数如表1所示。

表1 围岩物理力学参数表

根据《公路隧道设计规范》计算可以得知等效荷载高度为hq=16.524 m，文中浅埋隧道分界 Hp为［2］: