[发明专利]一种浅埋单洞双线偏压隧道中隔墙稳定性测定方法

说明书

本发明属于隧道工程技术领域，公开了一种浅埋单洞双线偏压隧道中隔墙稳定性测定方法，从中隔墙所受上方衬砌传递的围岩偏压应力变化规律及隧道行车过程中产生的风压对运营隧道中隔墙的复合作用，建立单洞双线偏压隧道中隔墙失稳评价方法与验算准则，实现对偏压中隔墙的稳定性验算；将单洞中隔墙上部围岩所受偏压应力与中隔墙所受水平偏压应力与垂直应力相结合，再叠加考虑气动风压在中隔墙上的分布与作用方式；推导和建立基于偏压与风压的复合稳定性测定方法，提出确定中隔墙稳定性的K值稳定性系数。本发明的方法具有明确的稳定性判据，为单洞双线偏压隧道评价及其防治提供依据，且具有简便和实用的特点。

技术领域

本发明属于隧道工程稳定性评价技术领域，尤其涉及一种浅埋单洞双线偏压隧道中隔墙稳定性测定方法。

背景技术

目前，最接近的现有技术：近十几年来，伴随着中国经济的飞速发展，我国的地铁隧道建设也进入了快速增长的黄金时期，在诸多的隧道结构建设中，许多工程由于受到地形、地质等诸多因素的限制，不得不在靠近斜坡且埋深较浅的位置修建隧道，由此便产生了许多特殊形式的隧道，浅埋偏压隧道便是很具代表性的一种。对于浅埋或极浅埋的软弱破碎围岩隧道常伴有塌方危险，尤其是对于中隔墙顶部围岩区域，该部分的应力也最为复杂。在单洞双线结构形式中，中隔墙作为单洞双线隧道的组成部分，是在单洞隧道中实现隧道空间分割的重要结构，其主要作用是将左右线轨道列车分割成两个防火区，减少列车之间运行时相距较小产生的风压影响，因而其稳定性和安全性是大直径隧洞“单洞双线”空间形式能够实现的重要基础，是关系到隧道结构的稳定性、安全性、可靠性和耐久性重要组成成分。虽然中隔墙已广泛应用于国内外各个隧道工程中，但隧道中隔墙失稳现象时有发生，因而对于隧道的运营安全，中隔墙稳定性的验算和研究具有十分重要的工程意义。

单洞浅埋偏压隧道中隔墙结构关乎隧道结构分隔空间以及与隧道结构共同受力，其中浅埋隧道所受偏压应力与列车风压，是影响中隔墙稳定性的重要因素。目前，对于中隔墙所受偏压应力是通过理论分析、相似模型试验、有限元数值模拟等方法计算求得。理论分析方法一般运用荷载—结构模型，把地层看作弹性介质，将围岩和支护材料分离开来分别计算，并未考虑围岩与支护的本构关系；模型试验是地下工程使用较多的一种研究方法，是以相似理论为基础。模型试验如果按比例尺寸大小来分，可以分为缩尺模型、原尺模型和放大模型三种情况。通过对数学模型结论和新的力学规律进行验证但该方法需要考虑取材，成本昂贵，耗时费力；有限元计算模型分为二维和三维两种。二维模型存在明显的不足，不能考虑施工的时空效应。三维模型克服了二维模型存在的这些问题，能对隧道进行合理的模拟，随着计算机运算能力的提高，三维有限元模拟成为最主要的数值模拟分析方法。上述方法的计算多是针对浅埋偏压连拱隧道中隔墙结构，在单洞双线浅埋隧道中隔墙结构中应用的并不广泛，且在对于中隔墙的稳定性分析过程中并未考虑风压荷载，造成了稳定性计算结果并不准确。

传统的中隔墙稳定性测定方法多是在中隔墙布设压力传感器，通过对中隔墙上传感器的监测结果进行稳定性分析。但该方法多见于连拱隧道中隔墙，在单洞双线形式的中隔墙鲜有应用，在该形式的隧道中隔墙计算方法相对缺乏。传统的隧道监测才采用一定的方式对传感器进行布置，只是对既有监测数据的一种处理方式，并不能像公式推导一样更加准确直观的对中隔墙进行稳定性判断，运营隧道在运营过程中还有气动风压的作用。因此风压与隧道应力都是影响稳定性的关键因素。

综上所述，现有技术存在的问题是现有技术针对浅埋偏压连拱隧道中隔墙结构，在单洞双线浅埋隧道中隔墙结构中应用的并不广泛，且在对于中隔墙的稳定性分析过程中并未考虑风压荷载，稳定性计算结果不准确。

解决上述技术问题的难度：对于单洞双线隧道中隔墙结构现有监测技术只有具体的监测方法，并没有具体的理论计算推导，没有考虑风压因素作用，对于稳定性研究比较单一，没有明确计算方式，且相关资料对于该形式隧道的研究并不全面，浅埋偏压单洞双线隧道中隔墙结构的既有研究十分匮乏。