摘要：采用极限状态设计法计算作用在后长川公路隧道衬砌结构上的荷载，通过有限元软件建立衬砌的二维荷载-结构数值模型，并以此分析衬砌结构在荷载作用下的内力。根据数值结果计算配筋面积，并验算衬砌结构的裂缝宽度。最终结果表明现有截面配筋设计满足现行规范的安全要求。
关键词：隧道衬砌；安全分析；荷载计算；数值模型
1.工程概况
后长川公路隧道是白银至中川段永登公路二期工程的重要组成部分，隧址区为低中山区，沟谷蜿蜒曲折，相对高差130~200m。隧道全长218m，为单线隧道，洞身为3.7‰的单面上坡，线路均位于直线上。隧道中间段下穿既有的包兰铁路线。
2.荷载计算
后长川公路隧道洞身处于V级围岩中，计算截面位于既有铁路包兰线的正下方。围岩力学参数按照《公路隧道设计细则》的确定，计算截面的尺寸按照工程设计文件确定。采用极限状态设计法，按照现行设计规范计算作用在衬砌结构上的荷载，包括衬砌自重g、围岩压力（竖向qv，水平qh）、上部列车的等效荷载（竖向qt，水平qt’）。荷载计算结果如图1所示。
3.数值分析
3.1数值计算
利用大型有限元软件Midas GTS NX进行数值模拟，衬砌结构采用各向同性的梁单元模拟，围岩采用等厚的地基弹簧单元模拟，以此建立该公路隧道的二维荷载-结构模型。将上述计算得到的荷载加载到模型上，分析衬砌结构的内力，结果如图2所示。
图1. 单位长度上衬砌结构上作用的荷载值
(a) 轴力图 (b) 弯矩图
图2.数值计算结果
3.2衬砌结构安全分析
按照《混凝土结构设计规范》的要求，采用荷载基本组合对衬砌结构进行对称配筋计算，计算结果表明按照最小配筋率进行截面配筋就可满足截面的受力要求即可。因此衬砌截面单侧最小配筋面积
，截面的总配筋面积不宜小于
。
同时，采用荷载准永久组合验算衬砌结构的裂缝宽度。根据《混凝土结构设计规范》规定，对钢筋混凝土偏心受压构件，当
时，可不验算裂缝宽度。计算结果表明，对该公路隧道的衬砌截面，只有拱顶处的裂缝宽度需要进行验算。进一步根据规范的计算公式可知，当配筋面积
，可满足衬砌结构裂缝宽度小于0.2mm的要求。
综上，衬砌截面对称配筋时，其配筋由裂缝宽度控制，且钢筋面积
能够同时满足配筋计算、最小配筋率、截面总配筋率和裂缝宽度的要求。根据设计文件，隧道整体衬砌选择6φ25的配筋，此时钢筋面积As=2945mm2，因此现有衬砌的设计满足安全要求。
论文作者:金明明
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/2/28
标签：荷载论文; 截面论文; 隧道论文; 结构论文; 裂缝论文; 数值论文; 宽度论文; 《基层建设》2018年第36期论文;