地下空间扩建型式研究

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1、现代隧道技术MODERNTUNNELLING地下空间扩建型式研究TECHNOLOGY文章编号：1009-6582（2010）06-0001-09地下空间扩建型式研究1,2131高干刘元雪周结中谭仪忠（1后勤工程学院军事建筑工程系，重庆401311；2中国人民解放军72681部队，青岛266000；3重庆市第二市政工程有限责任公司，重庆400030）摘要利用ANSYS有限元分析软件，依托重庆渝中区鹅岭隧道扩建工程，利用数值模拟方法,针对单侧扩建、双侧扩建、右侧小净距扩建，以及左侧小净距扩建四种扩建型式，分别计算分析了隧

2、道结构的稳定性及围岩的受力和变形情况，并结合隧道所在区域的工程地质及交通等具体情况，在综合对比研究的基础上，确定了单侧扩建为该隧道的最佳扩建型式。通过理论与具体工程相结合，提出了地下空间扩建的合理结构型式，为类似工程在结构选型上提供了理论依据。关键词地下空间扩建型式数值分析鹅岭隧道中图分类号：TU91文献标识码：A净距黄土隧道的双侧扩挖工程；文献[4]对关村坝车1前言站隧道增建一股道进行了研究；文献[5]对火铺矿上世纪80、90年代随着我国城市的不断发展，003大洞室的扩建进行了重点研究；文献[6]对忻州出现了建筑用

3、地面积持续减少、城市人口不断增多、窑煤矿西二盘区集中带式输送机头洞室的扩建进行道路交通日益拥堵、生态环境逐渐恶化等问题，大部了研究。可见为满足地下空间扩容要求，许多地下工分专家、学者提出了开发和利用城市地下空间。进入程由于地理位置和施工用地等多因素的限制，不能21世纪以后，我国城市地下空间的开发数量快速增择地新建，故要对地下空间进行扩建来增加其容量。长，体系不断完善，特大城市地下空间开发利用的总本文将运用ANSYS软件，依托重庆渝中区鹅岭隧道体规模和发展速度已居世界同类城市的先进行列。中扩建工程,对鹅岭隧道扩建的四种

4、结构型式（单侧扩[1]国已经成为世界上城市地下空间开发利用的大国。建、双侧扩建、右侧小净距扩建以及左侧小净距扩我国浅层地下空间开发也基本饱和，但是由于规划建）进行综合分析研究。的不合理，部分浅层地下空间不能满足容量使用要2计算模型求。以公路隧道为例，上世纪70、80年代城市公路隧道设计为双车道，随着社会的不断进步，人们生活水重庆渝中区鹅岭隧道扩建工程为长江路改建工平不断提高，车辆拥有量也达到新的高度，这就使原程K0+855～K0+998段，隧道全长143m，由于原有有的双车道道路容量不能满足使用要求，减慢了城两车道能

5、不满足使用要求，为配合长江路改建增容，市发展的速度。在原有两车道基础上拓宽改建，使改建后达到三车参考文献[2]对日本明神高速公路天王山隧道道标准。改建前为直墙半圆拱结构，改建采用三心圆由于构筑物老化采用双侧扩建的型式进行了研究；曲墙式衬砌，隧道净宽12m，净高5m。鹅岭隧道进文献[3]研究了下伏煤矿采空区、浅埋偏压、富水小出口位置为Ⅳ级围岩、中间为Ⅲ级围岩。隧道为长细修改稿返回日期：2010-06-28基金项目：国家自然科学基金（编号50979112）和重庆市自然科学基金（编号CSTC,2008BB6144）作者简介

6、：高干（1983-），男，助理工程师，硕士研究生，从事岩土工程施工与研究，E-mail:augus1983@163.com.第47卷第6期(总第335期)2010年12月出版1Vol.47，No.6，Total.No.335Dec.2010现代隧道技术MODERNTUNNELLING地下空间扩建型式研究TECHNOLOGY结构，采用大型有限元分析软件ANSYS进行分析，初期支护承受全部荷载，二次衬砌作为安全贮备，故应用平面应变模式，开挖后的初期支护用梁单元代模拟时未考虑二次衬砌。主要改扩建的型式如图1替。由于隧道是全

7、部开挖后再进行二次衬砌的浇筑，所示。图1主要扩建型式（单位：m）Fig.1Mainenlargementoptions者平面应力），该单元由四个节点组成，每个节点拥3计算范围和边界条件有两个自由度：x、y方向的平移。该单元具塑性、徐计算范围的外边界可采用三种方法处理：其一变、膨胀、应力钢化、大变形和大应变的能力，单元图是位移边界条件，即假定边界点位移为零；其二是应如图2所示。Beam3为2D弹性梁单元，可以承受单[7]力边界条件；其三是混合边界条件。对于边界条件轴拉压、拉压及弯曲相组合的力学问题，该单元每个的选取自然

8、要涉及到地应力的问题，地壳内部的应节点具有三个自由度：x、y方向的平移以及绕z轴的力主要是以压应力为主，不仅在地壳深部，对于地壳转动，单元图如图3所示。浅部（深部不超过3000m）来说，从实测资料看，岩体中原始应力绝大部分是以水平应力为主的三向不表1主要材料参数等压的空间应力。由于水平应力的存在，降低了地质Table1Mainmaterials