衬砌背后双空洞影响下隧道结构的安全状态分析 - 岩土工程学报.pdf

第 37 卷 第 3 期 岩 土 工 程 学 报 Vol.37 No.3 2015 年 .3 月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering Mar. 2015 DOI ：10.11779/CJGE201503012 衬砌背后双空洞影响下隧道结构的安全状态分析 张成平，冯 岗，张 旭，韩凯航，张顶立 (北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室，北京 100044) 摘 要：衬砌背后多空洞的存在使隧道结构受力状态更加复杂，极易引起结构开裂并直接影响到隧道结构的安全性。 针对Ⅳ级围岩两车道公路隧道，采用数值模拟和模型试验分别研究拱顶或拱肩背后存在双空洞条件下隧道结构的安全 状态。数值模拟结果表明：衬砌背后双空洞的存在，显著改变了隧道结构内力分布，恶化了结构受力状态；空洞尺寸 增大会导致隧道结构轴力整体降低，并使空洞范围内及两空洞之间的隧道结构弯矩明显增大；两空洞间隧道结构各截 面安全系数较无空洞时显著降低，并表现出随空洞尺寸增加而逐渐降低的趋势，该区域也是隧道结构安全性评价重点 部位；拱肩衬砌背后存在双空洞时，其对结构截面安全系数的影响较拱顶和拱肩分别存在空洞的情况更大。模型试验 得到的空洞对衬砌结构安全系数影响规律与数值模拟结果基本一致，并获得了双空洞作用下衬砌结构的破坏演化规律。 研究成果可为隧道衬砌背后空洞的致灾机制和灾变控制研究提供参考和借鉴。 关键词：隧道工程；衬砌背后空洞；安全系数；破坏过程；数值模拟；模型试验 中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：1000 –4548(2015)03 –0487 –07 作者简介：张成平(1975 – ) ，男，副教授，博士生导师，主要从事隧道及地下工程方面的教学与研究工作。E-mail : chpzhang@bjtu.edu.cn 。 Effect of double voids behind lining on safety state of tunnel structures ZHANG Cheng-ping, FENG Gang, ZHANG Xu, HAN Kai-hang, ZHANG Ding-li (MOE Key Lab of Urban Underground Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China) Abstract : The existence of multiple-voids behind the lining leads to a more complicated stress state of the tunnel structures, which can easily cause the structural cracking and directly affect the safety of the tunnel structures. Based on a two-lane highway tunnel with the IV-class surrounding rock, numerical simulations and model tests are performed to study the safety state of tunnel structures under the influence of double voids behind the lining. The results of numerical simulation indicate that the existence of the double voids significantly chang