[发明专利]一种浅埋超大跨度隧道中隔壁结构受力安全性检验方法

说明书

本方面公开了一种浅埋超大跨度隧道中隔壁结构受力安全性检验方法，包括先导上台阶中隔壁力学模型的建立、边墙钢架和中隔壁拱脚处单位变位和载变位计算、先导上台阶力学模型钢架拱脚变位的计算、结构内力方向产生的变位计算、边墙钢架‑中隔壁结构位移协调方程的建立、结构内力的计算和受力安全性校核检验等步骤，本发明根据超大跨度隧道施工时初期支护及中隔壁结构的具体情况，将支护体系等效为支座可移动的三次超静定无铰拱‑梁刚性固接结构，建立了先导上台阶边墙钢架‑中隔壁共同承载变位力学计算解析模型，准确地反映了隧道施工的实际情况。

技术领域

本发明属于土木工程中隧道施工技术领域，具体涉及一种浅埋超大跨度隧道中隔壁结构受力安全性检验方法。

背景技术

近年来，随着国民经济的快速发展和交通运输量的迅猛增长，机动车保有量持续增加，在经济发达地区和城市周边地区，交通量日趋饱和，交通堵塞已经严重制约了公路交通的发展。考虑到隧道路线走廊带的不可再生性和不可逆性，高速公路新建和改扩建项目中大量的单洞四车道隧道工程应运而生。现阶段，我国单洞四车道超大跨度扁平公路隧道工程实践不多，建设既无成熟的经验可参考，又无规范可参照。从目前工程实践看，浅埋隧道围岩稳定性差，同时超大跨度隧道轮廓扁平，结构受力复杂，使得在浅埋岩体中修建超大跨度隧道难度极大。

超大跨度隧道开挖宽度超过18m，施工中常采用中隔壁减跨的分部开挖方法，中隔壁结构常因受力不均变形过大而产生失稳，严重影响了施工进度及威胁施工人员的生命安全。因此中隔壁结构的稳定性和安全性至关重要。以往对于中隔壁力学特性的研究多采用数值模拟及现场监测的手段，关于中隔壁结构的力学模型也过于简化和粗糙，未考虑边墙钢架与中隔壁之间的变形协调及钢架拱脚处的变位，不能真实反映施工过程中支护结构的承载模式与机制，节点与中隔壁的受力尚不明确。

因此，建立合理的先导上台阶中隔壁力学计算模型并对中隔壁结构的受力进行精确地求解，进而对中隔壁结构的稳定性及受力的合理性进行验算，并及时地对中隔壁结构设计参数进行修正及优化，从而保证隧道施工过程中整个支护结构的安全性及相关工序的顺利进行。中隔壁结构受力特性的研究可为超大跨度隧道施工过程中支护结构的安全性检验及支护参数的优化提供理论基础，也是解决超大跨度隧道施工中安全性问题的关键。

发明内容

本发明提出了一种浅埋超大跨度隧道中隔壁结构受力安全性检验方法，建立了先导上台阶边墙钢架-中隔壁共同承载变位力学计算解析模型，考虑了钢架与中隔壁之间的内力传递、变形协调及拱脚变位，将支护体系等效为支座可移动的三次超静定无铰拱-梁刚性固接结构，使得中隔壁结构内力计算结果与实际情况吻合度高，在超大跨度隧道先导上台阶施工时能够对中隔壁的受力状态进行精确判断，从而保证了结构的安全性和稳定性，对保障施工安全及降低工程造价具有重要的意义。

本发明的一种浅埋超大跨度隧道中隔壁结构受力安全性检验方法，包括以下步骤：

【1】先导上台阶开挖前力学模型的建立：

将先导上台阶初期支护视为支座可移动的三次超静定无铰拱-梁刚性固接结构，建立先导上台阶边墙钢架-中隔壁共同承载变位力学计算解析模型，模型计算时等效为边墙的刚性拱结构和中隔壁的刚性梁结构；计算时取模型整体作为基本结构。

【2】根据Winkler地基梁模型和弹性地基梁理论，计算边墙钢架和中隔壁拱脚处单位变位和载变位:

【2.1】单位变位：β₁₁为单位力矩作用于边墙钢架拱脚截面处所引起的拱脚处转角，μ₁₁为单位力矩作用于边墙钢架拱脚截面处所引起的拱脚处水平位移，ν₁₁为单位力矩作用于边墙钢架拱脚截面处所引起的拱脚处竖向位移，β₁₂为单位力矩作用于中隔壁钢架拱脚截面处所引起的拱脚处转角，μ₁₂为单位力矩作用于中隔壁钢架拱脚截面处所引起的拱脚处水平位移，ν₁₂为单位力矩作用于中隔壁钢架拱脚截面处所引起的拱脚处竖向位移；