大跨度软岩公路隧道仰拱承载性能及安全性研究

作     者：王传武 陈丽俊 陈建勋 罗彦斌 刘伟伟 胡涛涛 陈浩 WANG Chuan-wu;CHEN Li-jun;CHEN Jian-xun;LUO Yan-bin;LIU Wei-wei;HU Tao-tao;CHEN Hao

作者机构：长安大学公路学院陕西西安710064 

出 版 物：《中国公路学报》 (China Journal of Highway and Transport)

年 卷 期：2022年第35卷第7期

页      面：203-215页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2018YFB1600100) 国家自然科学基金项目(41831286)。 

主　　题：隧道工程 大跨度隧道 承载性能 软岩 仰拱 安全性 

摘      要：以陕西宝汉高速公路连城山隧道(双洞六车道)绿泥石片岩段为例,分析了大跨度软岩公路隧道仰拱病害原因,建立了隧道仰拱的弹性地基曲梁模型,推导了仰拱结构内力、仰拱地基反力等计算公式,分析了原设计仰拱二次衬砌极限承载力和受力规律,评价了原设计仰拱结构安全性;在此基础上,探讨了各仰拱参数对仰拱极限承载力的影响规律及敏感度,计算了参数变更后仰拱二次衬砌的极限承载力,并结合仰拱受力测试,进一步考察了参数变更后仰拱结构安全性。结果表明:隧道墙脚以沉降变形为主,导致仰拱两端承受很大的竖向荷载,而原设计仰拱本身承载力较弱,加上仰拱地基软弱并且受地下水的软化效应和高应力下的蠕变效应影响,是连城山隧道仰拱开裂破坏的主要原因;仰拱最危险截面距离仰拱端部约为半幅仰拱相应圆心角的1/5~1/4处,即位于墙脚附近,与现场观察到的墙脚附近仰拱回填开裂、仰拱与仰拱回填脱离等破坏现象一致;增大仰拱厚度、减小仰拱半径、增大仰拱钢筋直径和减小仰拱钢筋间距均能显著提高仰拱极限承载力,其中减小仰拱钢筋间距的效果相对最为显著;而由于仰拱最危险截面的受压区高度很小,提高混凝土强度等级对于改善仰拱整体安全性并不显著;参数变更后的仰拱二次衬砌采用C35钢筋混凝土,厚度为1 m,半径约为13.4 m,钢筋直径为28 mm,钢筋间距为20 cm,极限承载力可达原设计的3.6倍以上,结构安全性大幅提高;为提高材料利用率,建议仰拱混凝土强度等级采用C30。