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浅谈明挖隧道明洞衬砌结构设计

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  摘    要:本文结合西北某高铁隧道明洞衬砌设计及结构检算情况,梳理了同类结构应在设计阶段注意的有关事项,并提出优化方案。可供同类项目借鉴参考。
  关键词:隧道;衬砌结构;设计
  1  项目概况
  某隧道位于兰州市兰州新区,隧道地表受地方地形平整影响,原有土丘全部被推平,沟壑已被填平。
  隧道全长1320m,全隧采用明挖法施工,明洞最大回填高度8m。明洞设计采用墙底开挖形式,边墙外侧7m高范围采用C15混凝土回填,隧道顶采用改良黄土夯填。明洞最大回填土厚8m,明洞衬砌采用拱墙等厚结构,衬砌厚90cm,配筋为双肢[Φ]25@200mm,As=4909mm2。全隧位于湿陷性黄土地段明洞地基采用水泥土挤密桩加固,加固深度为隧底以下10m。
  2  衬砌结构檢算
  本次结构检算采用MIDAS NX计算软件,采用荷载-结构法进行结构检算。二衬结构采用弹性梁单元模拟,地层对衬砌的抗力采用受压弹簧模拟。
  2.1  计算模型
  该模型共41节点,41梁单元,单元长度约1m,边墙与仰拱设置受压弹簧。
  2.2  计算荷载
  本次计算分为两种工况,工况一为回填土厚度4m时,荷载考虑结构自重、围岩压力、施工荷载;工况二为使用阶段,回填土压力按8m考虑,不计入施工荷载。
  3  计算结果
  3.1  工况一内力分析
  根据TB10003—2016《铁路隧道设计规范》表8.5.2-1钢筋混凝土结构强度安全系数表,钢筋混凝土受压破坏安全系数为1.7。经核算,填土4m时考虑79kN/m施工荷载,结构强度满足要求。
  3.2  工况二内力分析
  根据TB 10003—2016《铁路隧道设计规范》表8.5.2-1钢筋混凝土结构强度安全系数表,钢筋混凝土受压破坏安全系数为2。经核算,运营阶段填土8m时结构强度满足要求。
  4  计算结论
  根据计算结果显示,该明洞衬砌在两种模拟工况下结构安全系数满足规范要求。
  5  有关建议
  结合已建成高填方明洞的常见病害,建议设计阶段考虑以下措施确保明洞结构施工安全,减少运营病害。
  (1)明洞回填土层厚度大,设计阶段应明确回填至拱顶以上的施工机械荷载要求,宜采用小型机械施工,采用压路机碾压时禁止开启震动功能,并且待明洞衬砌强度达到100%后再行回填。
  (2)位于黄土地段明洞的基地处理措施应达到设计强度要求,以对明洞基底提供足够的支撑,设计采用挤密桩加固应有检验要求,必须满足改善地基承载力的要求。
  (3)明洞边墙采用C15混凝土回填,回填厚度应尽可能加大,以改善明洞受力,为明洞边墙提供足够的约束,对回填混凝土应补充检验要求。
  (4)本隧道位于寒冷地区,明洞衬砌浇筑工期安排应避开冬季施工,相关措施应满足高速铁路混凝土技术规程规定,确保衬砌强度、质量满足要求。
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