五里山隧道二次衬砌计算技巧.pdf

第1章 隧道二衬安全性评价 1.1 IV 级围岩衬砌结构断面 1.1.1 计算基本参数 按照 《公路隧道设计规范》JTG D70 －2004 附录中表A.0.4-1 各级围岩的物 理力学指标标准值，合理取定五里山三号隧道IV 级围岩的参数，计算断面的围 岩参数见表1-1 所示，衬砌参数见表1-2 所示。 表1-1 五里山三号隧道IV 围岩参数表 重度 计算摩擦角 围岩级 弹性抗力系数 泊松比 内摩擦角 3 别 (kN / m ) k(MPa/m)  ( °) c ( °) IV 21.5 350 0.325 33 55 表1-2 二次衬砌参数表 重度 弹性模量 材料名称 3 泊松比 厚度m E(GPa) (kN / m ) 二次衬砌 31 25 0.2 0.5 参照错误!未找到引用源。，则在浅埋条件下二衬衬砌荷载承担比例应大于或 等于60%~80%，在本计算中取为80% ；则在深埋条件下二衬衬砌荷载承担比例 应大于或等于40%，在本计算中取为50% 。 IV 级围岩浅埋段垂直荷载及水平荷载按《公路隧道设计规范》进行计算， 具体模型见错误!未找到引用源。所示。此时隧道宽度为 14.787m，隧道高度为 10.038m，按照规范计算可得深浅埋分界埋深为17.808m，且在IV 级围岩中埋深 范围为30~45m ，因而在IV 级围岩中仅存在深埋的情况，因此只评估位于IV 级 围岩中的二衬深埋情况下的安全性。取侧压力系数为 0.270 。计算有仰拱的二次 衬砌，参照《公路隧道设计细则》中的说明对二衬模型进行简化，其加载示意图 和单元编号图如图1-1~ 图1-2 所示。 图1-1 模型ANSYS 加载简图 图1-2 二次衬砌单元编号图 1.1.2 计算结果 通过ANSYS 计算得到的衬砌内力图如图1-3~ 图1-5 所示。 图1-3 计算模型弯矩图(:N·m) 图1-4 计算模型轴力图(:N) 图1-5 计算模型剪力图(:N) 二次衬砌以受压为主，轴力最大值发生在拱脚处，最大值为730.5kN ，轴力 最小值发生在拱顶，值为465.3kN ；拱顶最大弯矩为93.3kN ·m ，内侧受拉，拱 脚和拱肩处最大弯矩为 90.1kN ·m ，外侧受拉；剪力在仰拱左右两侧最大值为 123.6kN 。 根据错误!未找到引用源。中安全系数计算说明，本模型中二衬为钢筋混凝 土结构，则衬砌结构安全系数表如表1-3 所示，其安全系数图如图1-6 所示。 表1-3 二次衬砌结构安全系数表 安全 安全 安全 安全 单元 轴力 轴力 弯矩 弯矩 系数 系数 系数 系数 编号 Ni(N) Nj(N) Mi(N-m) Mj(N