公路小净距隧道最小安全净距研究.docx

公路小净距隧道最小安全净距确定研究
摘要建立平面应变模型，分析了不同围岩类别、不同埋深下，小净距隧道设置的最小安全净距，即小净距隧道向双连拱隧道过渡的最小距离。
关键词小净距隧道最小安全净距

1前言
我国现行《公路隧道设计规范》（JTJ026－90）规定了不同围岩类别情况下双洞轴间距宜不小于（1.5～5）B（B为毛洞最大跨度）。但是目前已修建的小净距隧道净距一般为2～8米，远小于现行规范规定值，规范已经脱离了实际工程。因此，本文用结构有限元软件ANSYS对不同的围岩类别、不同的埋深、不同间距的小净距隧道进行结构计算分析，以期找到小净距隧道向连拱隧道过渡的最小净距，即小净距隧道修建的最小安全净距。

2基本假定及计算模型
本文计算模型为线弹性平面应变模型，围岩的变形是各向同性的，岩体的初始应力场仅考虑自重应力，不考虑构造应力，只考虑一次衬砌和二次衬砌，锚杆和钢拱架认为是安全储备，地应力分步释放，开挖释放30％，初期支护完成后释放40％，二次衬砌完成后释放其余30％。围岩和混凝土的物理力学参数根据《公路隧道设计规范》中相应参数确定。不计中墙配筋。各类计算参数见表1。
不同围岩类别模型的尺寸如表2，Ⅳ类围岩以上只考虑深埋情况。
有限元计算物理力学参数表1
材料类型弹性模量E（GPa）泊松比μ容重γ（KN.m-3）备注C2026.00.222C2528.50.223Ⅵ2800500.12体荷载GⅤ2700200.16取10Ⅳ250060.18Ⅲ220030.3Ⅱ19001.20.4Ⅰ17000.80.45
不同围岩类别、不同埋深支护结构尺寸表2

类
别Ⅰ类围岩Ⅱ类围岩Ⅲ类围岩Ⅳ类围岩Ⅴ类围岩Ⅵ类围岩浅埋深埋浅埋深埋浅埋深埋深埋深埋深埋一衬(cm)3030252520181285二衬(cm)5550454040403530253数值模拟分析过程及结构
3.1Ⅰ类围岩计算结果分析
3.1.1Ⅰ类围岩浅埋计算结果分析
对于一类围岩浅埋小净距隧道，分别对两洞净距18米、16米、14米和12米四种情况计算分析。图1数据表明：对于一类围岩浅埋小净距隧道，当两洞净距为12米时，二次衬砌的主压应力σ3max达到C25混凝土极限抗压强度17.5Mpa，此时认为结构已经破坏。建议：对于一类围岩浅埋小净距隧道两洞净距小于等于12米时宜设置双连拱隧道。
一类围岩浅埋计算结果分析
对于一类围岩深埋小净距隧道，分别对两洞净距13米、11米、10米和9米四种情况计算分析。图2数据表明：对于一类围岩深埋小净距隧道，当两洞净距为10米时，二次衬砌的主压应力σ3max达到C25混凝土极限抗压强度17.5Mpa，此时认为结构已经破坏。建议：对于一类围岩深埋小净距隧道两洞净距小于等于9米时宜设置双连拱隧道。
Ⅱ类围岩计算结果分析
3.2.1Ⅱ类围岩浅埋计算结果分析
对于二类围岩浅埋小净距隧道，分别对两洞净距50米、25米、18米和16米、14米、12米和10七种情况计算分析。图3数据表明：对于二类围岩深埋小净距隧道，当两洞净距为10米时，二次衬砌的主压应力σ3max达到C25混凝土极限抗压强度17.5Mpa，此时认为结构已经破坏。建议：对于二类围岩浅埋小净距隧道两洞净距小于等于10米时宜设置双连拱隧道。
3.2.2Ⅱ类围岩深埋计算结果分析
对于二类围岩深埋小净距隧道，分别对两洞净距15米、13米、11米和9米、7米五种情况计算分析。图4数据表明：对于二类围岩深埋小净距隧道，当两洞净距为10米时，二次衬砌的主压应力σ3max达到C25混凝土极限抗压强度17.5Mpa，此时认为结构已经破坏。建议：对于二类围岩深埋小净距隧道两洞净距小于等于7米时宜设置双连拱隧道。
3.3Ⅲ类围岩计算结果分析
3.1.1Ⅲ类围岩浅埋计算结果分析
对于三类围岩浅埋小净距隧道，分别对两洞净距12米、10米、8米和6米四种情况计算分析。图5数据表明：对于三类围岩浅埋小净距隧道，当两洞净距为6米时，二次衬砌的主压应力σ3max达到C25混凝土极限抗压强度17.5Mpa，此时认为结构已经破坏。建议：对于三类围岩浅埋小净距隧道两洞净距小于等于6米时宜设置双连拱隧道。
3.1.2Ⅲ类围岩深埋计算结果分析
对于三类围岩深埋小净距隧道，分别对两洞净距6米、4米、2米和1米四种情况计算分析。由图6可以看出：两洞净距由4米到1米，结构的应力和位移增加都较快，其中二次衬砌的主压应力σ3max由11.7Mpa迅速增大到17.3Mpa，虽然二衬混凝土还没有达到极限抗压强度，但可以说明净距在4米～1米之间时，两洞影响效应显著增大。建议：对于三类围岩深埋小净距隧道两洞净距介于4米～1米时，小净距效应显著增大，故此时宜设置双连拱隧道。
3.1.3Ⅲ类围岩深埋不考虑二衬作用计算结果分析
对于三类围岩深埋小净距隧道，如果二衬视为安