连拱隧道二次衬砌结构破坏试验研究

1、连拱隧道二次衬砌结构破坏试验研究                        【摘  要】  本文通过几何比120相似模型试验，对类围岩条件下连拱隧道二次衬砌结构破坏的力学行为进行了研究，通过研究提出了作者对连拱隧道二次衬砌的认识，为设计施工提供参考。【关键词】连拱隧道；二次衬砌；模型试验1前言   

2、60;  在高等级公路及市政道路的建设中，为获得良好的技术经济效果，大量采用了双连拱隧道方案【1】。但在我国，连拱隧道尚为新型隧道结构，已建成的连拱隧道数量极少，缺乏可借鉴的设计施工经验。从目前国内其他省市在建中的为数不多的连拱隧道工程来看，在施工中均不同程度地出现了开挖过程中围岩坍坍、已修筑的衬砌产生大面积裂缝、衬砌接头处严重漏水、工程造价难于控制等问题”。随着连拱隧道的大量出现，连拱隧道的综合修建技术就成为当前亟待研究解决的课题。      现阶段我国的隧道设计基本以新奥法作为指导理论【3】【4】，设计时除少数情况使二次衬砌在施工

3、阶段和运营初期承受一定比例的荷载外，大部分将初期支护作为施工阶段和隧道运营初期的承载体系进行考虑，而将二次衬砌作为长期安全性储备，但设计时如何确定二次衬砌的厚度具有较大的主观性，为了研究二次衬砌在隧道长期安全性中发挥的作用，本文作者在国内首次采用几何比120的相似模拟试验对跨度为2Sm左右的4车道双连拱隧道的二次衬砌进行了结构破坏试验，以此探明二次衬砌在隧道长期安全性中发挥的作用。2 模型试验2.1试验原型      研究以金(华)丽(水)温(州)高速公路二期工程中的21座类围岩条件下的连拱隧道为试验原型，围岩的参数值按公路隧道设计规范(JTJ

4、026-90)并参照铁路隧道新奥法指南偏低范围取值，具体取值为：凝聚力018MPa、内摩擦角28度、弹性模量14GPa、容重179kNm。结构原型支护参数如图1所示。将自重应力场作为试验的原始地应力场。22相似材料      试验以几何相似比Cl=20和容重相似比Cy1为基础相似比，根据相似理论推得各物理力学参数原型值与模型值的相似比。围岩材料采用特定比例的重晶石粉、石英眇、松香和凡士林的热融混合物模拟。这种混合材料在化学反应结束后，基奉不受温度和湿度的影响，以高压方法加压成型；二次衬砌采用水膏比为1：115的特种石膏材料，通过预制加工现场安装

5、的方法模拟，其力学指标以实验值为准；二次衬砌钢筋采用直径4mm的铁质材料通过原型与模型在拱部和边墙部等效抗弯刚度EI和中墙部等效抗拉刚度EA完全相似的方法进行模拟。23试验装置      全部试验在专门制作的台架式钢板试验模型槽内进行。试验模型槽用两组180工字钢对模型槽前后进行约束，使试体处于平面应变状态，模型尺寸为43mx 37mx048m，试体尺寸为125mx060mx048m。试验装置及试体的概要图如图2。      二次衬砌的内力(弯矩和轴力)随着荷载的增加而增加，在弹性阶段，二次衬砌

6、的内力随荷载的增加基本呈线性增加趋势，但在刚开始的几级荷载内，每级荷载二次衬砌的内力增加值较后几级每级荷载的大，在相同的条件下，二次衬砌结构的配筋率越大，其内力值也越大，但从量值上考擦，由配筋率的不同产生的内力差异(最大主筋配筋率与最小主筋配筋率情况相比)在30以内，根据以上的试验现象，可以得出在加载过程中承受荷载的不只是二次衬砌本身，除了二次衬砌以外，围岩也分担一部分荷载，其分担比例随结构配筋率的增大而减小，但其变化范围不会超出30；结构的最大弯矩出现在拱顶和仰拱两个部位，同时拱顶和仰拱部位结构的轴力值又相对较小，对结构而言拱顶和仰拱应为最不利位置，在设计和施工时，应作为控制面。图4和图5为

7、试验2二次衬砌右洞拱顶和仰拱内力随荷载的变化情况；图6和图7 3J-组试验在等效土柱为80m的荷载时结构的内力值。 图4  右洞拱顶和仰拱弯矩变化图图5  右洞拱顶和仰拱轴力变化圈3.2位移变化规律      二次衬砌的位移随着荷载的增加而增加，在结构处于弹性阶段，二次衬砌的位移随荷载的增加基本呈线性增加，相同的载荷条件下，二次衬砌的刚度越大其位移值越小。图8为三组试验在等效土柱为80m荷载时结构的位移值。结构的最大位移值出现在拱顶和仰拱两个部位，故在设计和施工中，拱顶和仰拱的位移应作为控制位移面，现场的收敛标准应以拱顶和仰拱的收敛为依据。33  破坏状态的描述参考文献【1】何川，林刚，张志强连拱隧道的主要修改技术问题和对策现代隧道技术（增刊）2002【2】刘洪州，黄伦海 连拱隧道设计施工技术研究现状 西部探矿工程，2001(1）：54-55【3】关宝树 隧道力