大跨度隧道二衬混凝土早期裂纹数值模拟与分析

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发布时间：2021-09-09

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大跨度隧道二衬混凝土早期裂纹数值模拟与分析
李明华。邹永祥
(华东交通大学，江西南昌330013)
摘要：隧道二衬混凝土开裂现象在隧道施工中时有发生，尤其是在不受外力作用时形成裂纹的原因更是让建设者难以处治。
就背景工程出现类似问题，通过理论计算与数值模拟，探求混凝土结构本身的受力情况，结合施工工艺、施工环境、混凝土养护、
施工干扰等方面因素，对混凝土开裂问题进行系统分析，找出开裂原因，为建立相应处治措施提供参考。
关键词：隧道；二次衬砌；裂纹；模拟；分析
中图分类号： TU528．01 文献标志码： A 文章编号： 1002～3550(2014)02—0001—04
Numerical simulation and analysis of the early crack secondary lining concrete in large span tunnel
LIMinghua，ZOU Yongxiang
(EastChina JiaotongUniversity，Nanchang 330013，China)
Abstract： The crack of tunnel secondary lining concrete OCC~S in the tunnel construction every now and then．Especially for the crack
formed not afected by external force．it is more dificult to tackle the issue．As similar problems appear in some engineer project，we ex—
plored the stress condition the concrete structure itself held by mean s of theoreticaI calculation and numericaI simulation．Combined wim
the construction technology，construction environment，concrete curing，disturban ce and SO on，we finally systematically an alyzed the concrete
crack problem ，found out reasons for cracking an d provide a reference for establishing corresponding treatment measures．
Key words： tunnel；secondary lining；crack；simulation；analysis
0 引言
隧道裂纹或裂缝是隧道衬砌常见病害之一，大多出现
在隧道建成的早期，有的甚至形成于修建过程中。裂缝按产
状可分为斜裂缝、纵裂缝、横裂缝和龟裂等。按错动方式可
分为单向错动、两向错动和三向错动。按形成原因大致分为
干缩裂缝、温度裂缝、荷载变形裂缝和施工缝。隧道裂缝的
产生原因是复杂多变的，其中主要包括地质、设计、施工等
多个方面。笔者以深厦高速铁路某隧道为背景，以隧道二次
衬砌为对象，通过建立模型进行数值分析，研究在不受外
力影响的情况下，不同工况时的自重力状况与影响，探讨
隧道施工过程中相关裂缝形成的原因。
1 二衬的作用与功能
隧道支护通常分为两种：一是初支完全受力，等围岩
变形稳定、初支完全受力的情况下再施作二衬，二是初衬
与二衬共同受力，这种说法基于围岩压力特大以及一些特
殊围岩的特殊处理时用。按照新奥法的基本原理与系列原
则，一般要等到围岩变形完成了再施作二衬。
二衬是在初期支护内侧施作的模筑混凝土或钢筋混
凝土衬砌，与初期支护共同组成复合式衬砌。二次衬砌提供
收稿日期：2013--08-20
基金项目：国家自然科学基金项目(51008123)
／
，
安全储备或承受后期围岩压力。其作用主要有：
(1)增强结构的可靠性和承载能力。主要体现在稳定
性差的v、vI级围岩中，单靠初支不一定能确衬砌结构的可
靠性。作为安全储备，当隧道变形没有完全收敛时，二衬能
对初支的持续变形起到约束作用。
(2)保障使用及防水功能。尤其便于在两次衬砌间设
置防水板。
(3)提高使用的耐久性。
(4)增强外观整体美观和安全感。
(5)对于高速铁路而言，隧道壁的粗糙度是对运营产
生负面影响的空气动力学效应影响因素。
2 工程背景
厦深铁路照镜山隧道位于福建省漳州龙海市颜厝镇
境内，全长703 rn(包括洞门斜切段30m，明洞361TI)，属于
单洞双线隧道。其中II级围岩380 m，III级围岩80 m，设计隧
道围岩、初支、二衬参数如表1所示。
隧道施工从出口往进口独头掘进，所有Ⅱ、ⅡI级围岩均
采用上下台阶法开挖，开挖完成后进行底板及仰拱施工，后
施作拱墙二衬，二衬施作时间与初支基本间隔2个月以上。
隧道竣工后由第三方检测单位进行了无损检测，混凝