维普资讯 http://www.cqvip.com 第２６卷第６期 ２００６年１２月 睫遭建毂 Ｔｕｎｎｅｌ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ２６（６）１ １２—１６，２７ Ｄｅｃ．，２００６ 偏压连拱隧道洞口段二次衬砌施工时机探讨 郑建中 ，乔春生 ，徐干成 （１．安徽省交通投资集团有限责任公司，合肥２３００１ｌ； ２．北京交通大学土木建筑工程学院，北京１０００４４；３．空军工程设计研究局，北京１０００７７） 摘要：针对富溪隧道左线出口段在围岩变形尚未稳定的情况下能否进行二次衬砌施工的问题，根据隧道变形监测结果推测衬砌施 工后隧道的剩余变形，并据此计算出衬砌结构的内力和安全系数。结果表明，衬砌施工后产生的变形大小对其内力和安全性影响 较大。若衬砌结构变形仅为剩余变形的６．５％，其安全性能够得到保障。现场监测结果表明，衬砌施工后内部应力普遍较小，未超 过混凝土强度。这说明在围岩变形没有完全趋于稳定的情况下，只要能够保证衬砌施工质量，可以提前施作二衬。 关键词：偏压连拱隧道；洞Ｅｌ段；二次衬砌；施工时机；软弱围岩 中图分类号：１３４５５ 文献标识码：Ａ Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ Ｏｐｐｏｒｔｕｎｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｌｉｎｉｎｇ ｆｏｒ Ｐｏｒｔａｌ Ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｌｙ－ｌｏａｄｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ．ａｒｃｈ Ｔｕｎｎｅｌ ＺＨＥＮＧ Ｊｉａｎ—ｚｈｏｎｇ ，ＱＩＡＯ Ｃｈｕｎ－ｓｈｅｎｇ ，ＸＵ Ｇａｎ—ｃｈｅｎｇ （１．Ａｎｈｕｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．－Ｈｅｆｅｉ ２３００１１－Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＣｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ。Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４４－Ｃｈｉｎａ； ３．Ａｉｒ Ｆｏｒｃｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｂｕｒｅａｕ，Ｂｅ ｎｇ １０００７７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ｏｐｐｏｒｔｕｎｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｌｉｎｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｘｉｔ ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｌｅｆｔ ｔｕｂｅ ｏｆ Ｆｕｘｉ ｔｕｎｎｅｌ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｃｋ ｍａｓｓ ｉＳ ｓｔｉｌｌ ｕｎｓｔａｂｌｅ。ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｆｏｒｃｅｓ ａｎｄ ｓａｆｅｔｙ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｎｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｏｎ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ ｔｈａｔ ａｒｅ ｅｓｔｉｍａｔｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ． ｎ１ｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍａｇｎｉｔｕｄｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｃｃｕｒｒｉｎｇ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｎｉｎｇ ｈａｓ ｇｒｅａｔ ｉｍｐａｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｆｏｒｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｎｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｉｆ ｈｅ ｄｅｆｔｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｎｉｎｇ ｉｓ ｏｎｌｙ ６．５％Ｏｆ ｈｅ ｒｔｅｓｉｄｕａｌ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ－ｔｈｅ ｓｔｂｉａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｌｉｎｉｎｇ ｃａｎ ｂｅ ｇｕａｒａｎｔｅｅｄ．．Ｉｔ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｎｉｎｇ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｉｆｅｌｄ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｉｓ ｓｍａｌｌｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｌｉｎｉｎｇ．Ｉｔ ｉｓ ｃｏｎｃｈ— ｄｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｌｉｎｉｎｇ ｃａｎ ｂｅ ｉｎｓｔｌｌａｅｄ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｅ ｒｏｃｋ ｍａｓｓｔ ｉｓ ｓｔｉｌｌ ｕｎｓｔｂｌａｅ－ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｎｉｎｇ ｃａｎ ｂｅ ｇｕａｒａｎｔｅｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｌｙ－ｌｏａｄｅｄ ｄｏｕｂｌｅ—ａｒｃｈ ｔｕｎｎｅｌ：ｐｏｒｔａｌ ｓｅｃｔｉｏｎ；ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｌｉｎｉｎｇ；ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ｏｐｐｏｒｔｕｎｉｔｙ；ｆｒａｃ－ ｔｕｒｅｄ ｓｏｆｔ ｒｏｃｋｍａｓｓ 公路隧道受到山岭重丘区的线型、展线及隧址区 岩自稳能力低，初期支护完成后隧道变形长期不能稳 工程地质情况等因素的影响，线路中有时采用双连拱 隧道方案。连拱隧道由于跨度大，结构复杂，开挖与支 护交错进行，使得围岩应力变化和支护荷载转换变得 定时，是否可以提前进行二次衬砌是一个值得认真考 虑的问题。一方面，隧道变形发展到一定程度后，可能 会导致初期支护结构的局部或整体破坏，在这种情况 尤为复杂。采用复合式衬砌的隧道，通常在围岩变形 基本趋于稳定后方可进行二次衬砌施工，以减小围岩 变形压力。隧道洞口地段，往往围岩质量差，偏压严 重，岩石易风化，围岩长期稳定性较洞内差，衬砌受力 情况也较洞内不利，有时还须承受仰坡方向的纵向推 力，因此，洞口段一般采用加强衬砌。然而，当洞口围 收稿日期：２００６—０９—２２ 下，有必要尽早施工衬砌，以保证隧道洞Ｅｌ围岩的稳定 和施工安全；另一方面，提前施工二次衬砌后，衬砌结 构势必会受到较大的变形压力，影响其安全性。目前 全国各地已建成不少连拱隧道，有关连拱隧道的设计 施工技术研究也较多 Ｊ，但是，有关偏压连拱隧道洞 口段二次衬砌的设计和衬砌时机的确定还没有统一的 作者简介：郑建中（１９６４一），安徽省合肥市人，大学学历，工程师，现从事高速公路工程管理工作。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第６期 郑建中等 偏压连拱隧道洞１３段二次衬砌施工时机探讨 方法和原则。 本文以铜黄高速公路富溪连拱隧道左线出口段的 具体情况为例，对此类问题进行探讨，以确定合理的二 导洞开挖期间，中导洞和侧导洞喷射混凝土以及仰坡 都出现了大量裂缝。左侧主洞开挖３０ｍ后，仰坡和隧 道变形进一步加剧，原有裂缝明显扩大和变长，中隔墙 次衬砌施工时机，指导隧道施工，保证工程质量，同时 为今后修建类似隧道提供参考。 也产生了竖向裂缝，而且有明显的错动位移。为了防 止隧道变形过大导致初期支护发生严重破坏，影响整 个隧道的施工安全，有必要提前进行左线洞Ｉ－ｑ段二次 衬砌施工。 图２是ＺＫ２０５＋７４８断面水平收敛随时间的变化 １富溪隧道概况 富溪隧道位于黄山市徽州区富溪乡黄柏山村境 内。是铜（陵）黄（山）高速公路铜（陵）汤（口）段上的 条直线型双连拱隧道，全长６４９ｍ，是目前国内包括 一曲线，目前水平收敛的速度虽然有所减小，但仍在持 续缓慢增长。若立即施作二次衬砌，将会围岩 的进一步变形，使衬砌内部产生较大内力，可能会影 响支护结构的正常使用，甚至威胁隧道的安全。因 此是否可以进行左线二次衬砌施工成为一个亟待回 答的问题。 在建隧道在内的第三长连拱隧道。隧道最大埋深１２３ ｍ，进口端地形坡角为３５—４０。，洞口刷坡后仰坡底部 坡角变为６０。左右。隧道进口于山体一侧通过，其右 侧发育一小冲沟，左侧地形陡峻，边坡较高，隧道左右 两侧覆盖层厚度差异较大，使隧道受到明显的偏压作 用（见图１）。洞口前面有Ｆ 正断层通过，地质勘测报 告中指出该断层破碎带宽度为２０—５０ｍ，与线路斜交， 但中导洞开挖后发现，洞口段约８０ｍ范围内围岩节理 裂隙十分发育，岩体呈角砾状松散结构，位于断层影响 带内，裂隙杂乱，呈石夹士或土夹石状态。碎石主要为 青灰色或黄灰色的变质粉砂岩，土主要是黄色的砂质 粘土。由于岩体破碎，地下水发育，开挖后滴水，局部 淋水，其补给源主要为地表降水。开挖过程中围岩易 坍塌，基本无自稳能力，属于Ｖ级围岩。 ｔ／ｄ 图２ ＺＫ２０５＋７４８断面水平收敛变化曲线 Ｆｉｇ．２ Ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ ｏｆ ＺＫ２０５＋ ７４８ ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ ２ 二次衬砌内力计算及安全性分析方法 地下工程支护结构内力和变形分析方法经过多年 的发展，已经基本形成了两种主要类型。一种是以结 构力学原理为基础的荷载结构分析法，另一种是以有 限元为基础的、能够模拟隧道施工过程的地层结构分 析法 Ｊ。前者主要用于以松动荷载为主的围岩，后 者则主要用于以变形压力为主的围岩。 《公路隧道设计规范，ＪＴＧ，Ｄ７０—２００４＞ １ｏ ３（以下 图１ 冒溪隧道汤口端洞口 Ｆｉｇ．１ Ｐｏｒｔａｌ ｏｆ Ｆｕｘｉ ｔｕｎｎｅｌ ｏｎ Ｔａｎｇｌ【ＯＵ ｓｉｄｅ 简称为隧规ｏ４）中规定：浅埋隧道中的复合式衬砌和 深埋隧道的复合式衬砌的二次衬砌可采用荷载结构法 设计采用新奥法施工，洞口附近以注浆中管棚、小 计算。富溪隧道进口附近围岩十分破碎，自稳能力极 导管为超前支护，初期支护以锚网喷支护为主，辅以钢 差，隧道开挖后会出现较大范围的松动区，若按地层结 拱架、格栅拱架。开挖方式为三导坑法，即先采用正台 无法真实考虑围岩中的破裂面和松动 阶法开挖中导洞，再在临时支护保护下模筑钢筋混凝土 构法进行计算，从而使计算结果偏于危险。为此，本文采用荷载结 中隔墙。主洞采用双侧壁导坑法施工，先开挖两侧导 区，坑，中部采用环形开挖留核心土法开挖，日开挖进尺０．５ 构法计算结构内力。计算程序采用通用大型结构分析 １．０ｍ。支护形式为复合式衬砌结构，洞口偏压段二 程序——ＡＮＳＹＳ软件。２．１ 计算模型的建立 次衬砌采用厚度为６５ ｃｍ的Ｃ２５钢筋混凝土结构。 考虑到中隔墙厚度和刚度较大，为简单起见，计算 由于洞口段围岩极其破碎，偏压严重，隧道开挖过 —程中，仰坡有缓慢下滑和朝隧道右侧位移趋势，两个侧 时不考虑右线隧道支护结构的作用，假设中隔墙中心线 维普资讯 http://www.cqvip.com １４ 睫过建截 ２００６年ｌ２月第２６卷 不会产生任何位移。这样只需单独考虑左线，忽略右线 对左线的影响。将左线二次衬砌结构离散为若干个有 ．Ｋ＝［０．５Ｒ ｂｈ ＋ Ａ （ｈｏ—ａ ）］／（Ｎｅ ） （７） 其中：ａ 为混凝土保护层厚度，此处取５０ｍｍ；Ｒ 为 限元直梁单元。按照设计要求，建模时考虑仰拱，拱圈、 边墙和仰拱分别各取相同长度的单元，共划分了２３个 梁单元。在整个衬砌上将弹性支撑以铰接的方式支撑 在衬砌梁单元之间的节点上。弹性支撑采用的是弹簧 钢筋的抗拉或抗压计算强度标准值，取３３５ ＭＰａ；ｈ 为截面有效高度，ｈ。＝ｈ—ａ ；Ａ Ａ 为受拉和受 压区钢筋的截面面积，根据施工图资料计算得Ａ 单元：它们不承受弯矩，只有轴力，且不能受拉，弹性支 撑沿衬砌轴线的法向设置。除了中隔墙上的弹簧外，其 ＝ｌ ９０１ ｍｍ ；Ｒ 为混凝土弯曲抗压极限强度标准 值，Ｒ ＝１．２５ Ｒ ，Ｃ２５混凝土取２４．２ＭＰａ；ｈ为截面 高度；ｅ、ｅ 为钢筋Ａ 和Ａ 的重心至轴向力作用的距 他弹性支撑仅承受压应力，当一次计算后若支撑受拉 离； 为受压区计算高度。 时，须重新调整抗力范围，直到所有弹簧不受拉为止。 ２＋３ 材料物理力学参数的确定 ２．２ 村砌安全系数计算 计算中所需的材料物理力学参数是从隧规ｏ４中 根据衬砌结构内力计算衬砌结构的安全系数，评 按照Ｖ级围岩和Ｃ２５混凝土查找确定的，计算中取围 价衬砌的安全性。隧规ｏ４中规定，对于Ｖ级围岩，由 岩的弹性抗力系数ｋ＝１００ ＭＰａ，中隔墙的弹性抗力系 于设计上二次衬砌采用了模筑钢筋混凝土，需考虑配 数ｋ＝５００ＭＰａ。 筋情况，根据配筋计算其安全系数，并检验其是否满足 ２．４荷载的确定 规范要求。 作用于衬砌结构上的荷载按照规范中规定，应包 根据规定，混凝土偏心受压构件按破坏阶段进行 括永久荷载、活动荷载以及偶然荷载。路面汽车动荷 强度验算。由材料的极限强度计算偏心受压构件的极 载因缺少相应资料和数据，计算中暂不考虑；偶然荷载 限承载力Ⅳ极限，并与实际轴力Ⅳ相比较，得出截面的 主要指地震动荷载，因隧道所在地区设防等级不高， 抗压（或抗拉）强度安全系数，检查其是否满足要求。 也不予考虑；计算中只考虑结构本身的自重等静止 Ｋ＝Ｎｓ￣／Ｎ≥ （１） 荷载。围岩压力则通过给衬砌结构施加强制位移的 当由抗压强度控制，即ｅ＝Ｍ／Ｎ≤０．２ ｈ时： 方式来体现。 ＾ｒ楹限＝ ‘ ‘ｎ ＿ｂ・ｈ （２） 其中： 为构件纵向系数，隧道衬砌取ｌ；Ｒ 为混凝土 ３ 按剩余变形法计算衬砌内力 极限抗压强度，Ｃ２５混凝土取１９ ＭＰａ；ｂ为截面宽度， ３．１ 剩余变形估算方法 取１ ｍ；ｈ为截面厚度；Ｍ、Ｎ为弯矩和轴力； 为轴力 假设隧道拱顶下沉、周边位移等变形监测数据随 的偏心影响系数，按以下经验公式确定： 监测时间的变化符合下式所示的负指数函数变化特 征，那么就可以通过对隧道变形监测资料的非线性回 ＝ｌ＋０．６４８＿ｅ＇０—凡 １２．５６９（ ） ＋ｌ５．４４４（ ） 归分析推测今后隧道的变形趋势和大小 ． （３） ／／，＝ａ—ｂｅ （８） 其中：ｅ。为轴向力偏心距。 其中：ｕ为实测周边位移或拱顶下沉；ｔ为测试时间 若由抗拉强度控制时，具体验算方法如下。 （以监测断面开挖完成瞬间作为时间零点）；ａ、ｂ、ｋ为 对于对称配筋的偏心受压构件先确定其为大偏心 回归常数。 还是小偏心。 根据以下的边值条件，推断得出初测前的累计位 当 ≤０．５５ｈ。时，为大偏心受压情况，安全系数 移 。和时间趋向无穷大时的最大位移 为： 由下式计算： 由ｔ＝０得： ｏ＋ａ—ｂｅ一 Ｉ ｆ：ｏ＝０ 整理后可得：‰＝ｂ—ａ （９） ＝ （４） 由ｔ＿÷∞得： ０＋ａ—ｂｅ一“Ｉ￡＿＋ ＝ ．ｎａ 当计算中考虑受压钢筋时，则混凝土受压区高度 因此 一＝ｂ （１０） 应符合 ≥２ａ ，如不符合，则按下式计算： 当ａ≥６．时，意味着开始监测之前没有变形，可令 Ｋ＝［Ｒ ・Ａ （ｈ。一ａ’）］／（Ｎｅ’） （５） ｏ＝０，此时， 一＝ａ （１１） 当 ＞０．５５ｈ。时，为小偏心受压情况，安全系数 开挖经过ｔ天后隧道剩余变形量可用下式估算： 按下式计算： Ａｔ＝ 一一 Ｉ ｔ：Ｉ＝１１， 一ａ＋６ｅ “Ｉ ｔ ｌ （１２） Ｋ＝［０．５Ｒ ｂｈ ＋ Ａ （ｈｏ—ａ ）］／（Ｎｅ） （６） 如图２所示，开挖１００ｄ后，左线隧道累计水平收 当轴向力Ⅳ作用于钢筋Ａ 的重心与钢筋Ａ 的重 敛约５０ｍｍ，收敛速率仍保持在０．１３４ ｍｍ／ｄ左右。若 心之间时，应采用下式计算安全系数： 不考虑二次衬砌完成后衬砌结构对隧道变形的约束作 维普资讯 http://www.cqvip.com 第６期 郑建中等 偏压连拱ｌ鞫ｌ＝煎洞口段二次衬砌施工时机探讨 用，那么可采用上述方法近似估算剩余变形大小。为 此。首先对隧道拱顶下沉和周边位移监测结果作回归 拱顶和左侧墙的安全性都远小于规范要求。这意味着 若二次衬砌产生图３所示大小的变形，那么安全性将 得不到保证。 分析，推测最终位移量，并估算隧道的剩余变形。然后 假设隧道初期支护结构各点径向位移在洞壁环向呈线 性分布，各点位移方向垂直于洞壁切线方向，推测洞壁 各点的剩余变形。图３是估算得出的隧道左线剩余变 形分布图。 ’……－．¨２ｔ＋¨一……．一． …。．’… …¨¨．３，珥● ●． ， 口● ．¨，ｌ 圈５ 二次衬砌轴力图（剩余变形×１００％）（单位：Ｎ） 图３ 剩余位移分布（单位：ｍｍ） Ｆｉｇ．５ Ｄｉｓｔｉｒｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ａｘｉｌａ ｆｏｒｃｅ ｏｆ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｌｉｎｉｎｇ（ｒｅｓｉｄｕａｌ ｄｅ－ Ｆｉｇ－３ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ（ｕｎｉｔ：ｍｍ） ３．２ 按剩余变形量的１００％计算衬砌内力 将图２中各点位移分别施加到相应的节点上，中 隔墙及仰拱上的各个节点则仍采用只能承受轴力的弹 簧加以支撑，以反映仰拱和中隔墙对衬砌结构的弹性 抗力作用。经过３次试算，去掉３个受拉弹性支撑后， ｆｏｒｍａｔｉｏｎ×１００％）（ｕｎｉｔ：Ｎ） 剩余的所有弹簧均为受压。图４为单元划分图。计算 得出的二次衬砌结构的轴力和弯矩分布如图５、图６ 所示。 声一 Ｊ…一 －．”ｔＨＯ＇… －＿，Ｊ－口●……● ●｝｛一”．¨“Ｍ一 ”．￡Ｉ ●” 图６ 二次衬砌弯矩图（剩余变形×１００％）（单位：Ｎ・ｍ） Ｆｉｇ．６ Ｄｉｓｔｉｒｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｂｅｎｄｉｎｇ ｍｏｍｅｎｔ ｏｆ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｌｉｎｉｎｇ（ｒｅｓｉｄ— ｕａｌ ｄｅｆｏｍａｔｒｉｏｎ×１００％）（ｕｎｉｔ：Ｎ・ｍ） ３．３ 按剩余变形量的６．５％计算 二次衬砌的刚度比围岩和初期支护的刚度大，可 有效地围岩的进一步变形，因此二次衬砌施工完 成后所产生的变形必然小于图３所示变形。为此将 图３中所示剩余变形进行适当折减，分析衬砌结构 图４荷载结构模型图 安全性能满足要求条件下所允许的变形大小。经过 Ｆｉｇ．４ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｌｏａｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ 多次试算，发现当折减系数为６．５％时，可以得出满 意的结果。 二次衬砌的最大正弯矩发生在左侧拱腰处，数值 为２３９，２１ ｋＮ・ｍ；最大负弯矩发生在拱顶处，等于 ２２３．６１ ｋＮ・ｍ。二次衬砌承受压应力，最小受压轴力 图７、图８分别是折减系数为６．５％时计算得出的 结构内力图。最大正弯矩发生在左侧拱腰处，数值为 １５７．５１ ｋＮ・ｍ；最大负弯矩发生在拱顶处，数值等于 １４２．８４ｋＮ・ｍ。最小受压轴力集中在左侧拱脚处，数 集中在左侧拱脚处，数值为１．３６ ＭＮ；最大受压轴力集 中在拱顶处，数值为８３．５０ ＭＮ。 ’表１是各个衬砌单元的安全系数，隧规ｏ４中规 定，钢筋混凝土衬砌的最小安全系数为２。由此可见， 值为０．０２３２ＭＮ；最大受压轴力集中在拱顶处，数值为 ５．４３ ＭＮ。表２是各单元安全系数计算表和验算结果， 维普资讯 http://www.cqvip.com 隧遭建馥 ２００６年１２月第２６卷 所有单元都能满足规范要求。由此可见，在二次衬砌 浇筑完成后，衬砌结构不能产生大的变形（比如拱顶 下沉量应小于１．７９ｒ７ ｍｍ），否则，其安全性将难以保 证。考虑到衬砌结构的刚度较大，衬砌施工后可以极 验上述分析结论，同时掌握衬砌内部的真实应力水平， 还利用埋设在衬砌结构内部的混凝土应力计对衬砌内 部应变进行了长期监测。图９为各个测点的混凝土内 大地围岩和初期支护的进一步变形，因此，若能够 保证衬砌的施工质量，对于洞口围岩较差地段，提前进 行二次衬砌施工是完全可行的。 裹１ 二次衬砌内力及安全性检算结果（全部剩余变形） Ｔａｂｌｅ １ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅ８ｕＩｔｓ ｏｆ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｆｏｒｃｅｓ ａｎｄ ｓａｆｅｔｙ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ 部应力随时间的变化曲线，其中衬砌内部应力是通过 衬砌内部应变乘上混凝土的弹性模量后计算得出的。 由图可见，衬砌内部应力经过了初期的快速增长阶段 后，除了拱顶应力仍在缓慢增大外，其余各点应力增长 ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｌｉｎｉｎｇ（ｆｕｌｌ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ） 速率已明显减小，基本趋于稳定。应力普遍较小，衬砌 结构还有较大的安全储备。从衬砌外观上看，目前衬 砌结构完好，未发现任何裂缝或破损迹象，表明衬砌比 较安全。 ‘ｌ４；＿ＩＯｉ０９‘ －‘‘’‘呻５ ｌ２ ‘ 船 ’ 肼 ２４嘴ｊ 蚰７臼 ｌ ５¨ 图８ 二次衬砌弯矩圈（剩余变形×６．５％）（单位：Ｎ・ｍ） Ｆｉｇ．８ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｂｅｎｄｉｎｇ ｍｏｍｅｎｔ ｏｆ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｌｉｎｉｎｇ（ｒｅｓｉｄ－ ｕｌ ａｄｉｓｐｌａｅｅｍｅ／ｉｔ×６．５％）（ｕｎｉｔ：Ｎ・ｍ） 裹２ 二次衬砌内力分布及安全性检算结果（剩余变形×６．５％） ＩＩａｈｌｅ ２ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｆｏｒｃｅｓ ａｎｄ ｓａｆｅｔｙ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｌｉｎｉｎｇ（ｒｅｓｉｄｕａｌ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｘ ６．５％） … ． Ｍ１… －０ｆ ．¨…～，．Ｉｎ¨’……－ｍ． ’～一ｍ 图７二次衬砌轴力图（剩余变形×６．５％）（单位：Ｎ） Ｆｉｇ．７ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ａｘｉｌａ ｆｏｒｃｅｓ ｏｆ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｌｉｎｉｎｇ（ｒｅｓｉｄｕａｌ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｘ６．５％）（ｕｎｉｔ：Ｎ） 从２００５年６月下旬开始提前进行了洞口段的二 次衬砌施工，先后共施工４模，累计长度４８ｍ。为了检 （下转２７页） 维普资讯 http://www.cqvip.com 第６期 李永生 通风机并联与串联工作分析 ３ 结束语 随着我国铁路、公路和引水工程的不断增加，长大 内提供良好的空气环境。 隧道的数量也在与年俱增。尤其是客运专线和ＴＢＭ 施工的隧道，不但距离长，而且断面大，多数采用无轨 运输或有轨内燃机车运输，隧道通风所需要提供的风 参考文献： 量和风压都很大，致使隧道通风的难度越来越大。但 是，也不能盲目地采用通风机并联与串联工作，以免事 倍功半，建议进行准确的理论计算和现场检测后合理 采用，以便于更好地解决长大隧道的通风问题，为隧道 ［１］ 赵以蕙．矿井通风与空气调节［Ｍ］．北京：煤炭工业出版 社。１９８９． ［２］ＴＢ１０２０４－－２００２，Ｊ１６３－－２００２，铁路隧道施工规范［ｓ］．北 京：中国铁道出版社，２００２． （上接ｌ６页） ③从衬砌内部应力的监测结果和衬砌外观上看， 提前施工的二次衬砌完好无损，安全性较好，从而证明 了上述分析结论的正确性。 参考文献： ［１］ 刘新荣．黄土连拱隧道二次衬砌的结构分析与监测研究 ［Ｊ］．岩土工程学报，２００５，２７（６）． ［２］ 申玉生，赵玉光．偏压连拱隧道围岩变形的现场监测与 监测时间（２００５年）／（月一日） 分析研究［Ｊ］．公路，２００５，（４）． ［３］ 陈秋南，张永兴．偏压双连拱公路隧道围岩稳定性动态 图９ ＺＫ２０５＋７５５断面二次衬砌内部应力变化曲线 Ｆｉｇ．９ Ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｉｎｔｅｍａｌ ｓｔｒｅｓｓｅｓ ｏｆ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｌｉｎｉｎｇ ｎｆ ＺＫ２Ｏ５＋７５５ ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ 预测分析［Ｊ］．重庆建筑大学学报，２００５，２７（１）． ［４］ 李德宏．连拱隧道施工监测与分析［Ｊ］．现代隧道技术， ２００３，４０（Ｉ）． ４ 结论 针对富溪隧道左线出口段围岩稳定性差，在围岩 变形尚未稳定的情况下，二次衬砌需要提前施工的迫 ［５］ 赵阳，王伟笔．偏压浅埋连拱隧道施工过程的三维数值 模拟［Ｊ］．中南公路工程，２００５，３０（２）． ［６］Ｐｅｒｌ，Ｇ．Ａｎａｉｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｎｅｗ ｔｗｉｎ ｔｕｎｎｅｌｓ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｖｅｒｙ ｃｌｏｓｅ ｔｏ ａ ｂｉｇ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｔｕｎｎｅｌ ｏｆ Ｃａｒａｃａｓ， 切要求，本文根据隧道变形监测结果，推测达到稳定所 需的剩余变形，然后以此为依据，采用结构荷载分析法 计算二次衬砌结构的内力和安全系数，对提前施工的 衬砌安全性进行了理论分析和现场监测，得出了以下 主要结论： ①衬砌变形大小对二次衬砌内力和安全系数的影 ｓｕｂｗａｙ［Ｃ］．Ｔｕｎｎｅｌｌｉｎｇ ａｎｄ ｇｒｏｕｎｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｐｍｃ．Ｃｏｎ— ｇｒｅｓｓ，Ｃａｉｒｏ，１９９４，ｅｄ．Ｍ．Ｅ．Ａ．Ｓａｌａｍ，（Ｂａｌｋｅｍａ），１９９４： ５２３—５３０． ［７］Ｄ．Ｎ．Ｃｈａｐｍａｎ ｅｔ ａｌ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｓ ａｂｏｖｅ ｔｗｉｎ ｔｕｎｎｅｌｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｉｎ Ｓｏｆｔ ｇｒｏｕｎｄ［Ｊ］．Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ａｎｄ Ｕｎ— ｄｅｒｇｒｏｕｎｄ Ｓｐａｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００４，１９（４—５）：３７８． 响较大。按照当前累计变形量推测尚未完成的剩余变 形量，计算二次衬砌结构内力，若衬砌结构变形等于剩 余变形，则在此条件下施作的二次衬砌安全性难于保 证，不易提前进行衬砌施工。这意味着必须注意衬砌 的施工质量。 ． ［８］ 彭定超，袁勇，章勇武．开挖施工方式对连拱隧道中墙影 响的空间分析［Ｊ］．现代隧道技术，２００２，９（１）． ［９］ 钟桂彤．铁路隧道［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，１９９６． ［１Ｏ］孙钧．地下结构［Ｍ］．北京：科学出版社，１９９１． ②若能够保证二次衬砌的施工质量，使衬砌结构 能较好地围岩和初期支护的进一步变形，那么在 不改变衬砌设计参数的情况下，可以提前施工二次衬 ［Ｉ Ｉ］ 铁道部第二勘测设计院．铁路工程设计技术手册（隧 道）［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，１９９９． ［１２］ 陈少华，易亚滨．偏压浅埋隧道复合式衬砌的相互作用 和结构计算［Ｊ］．现代隧道技术，１９９９，（２）． ［１３］ 中华人民共和国行业标准，ＪＴＧ Ｄ７０—２００４公路隧道设 计规范［ｓ］．北京：人民交通出版社，２００４． 砌。这样不仅可减小隧道变形，确保洞口段的施工安 全，而且衬砌结构的安全性也能满足要求。
