浅谈明挖隧道明洞衬砌结构设计

谢富明

摘    要：本文结合西北某高铁隧道明洞衬砌设计及结构检算情况，梳理了同类结构应在设计阶段注意的有关事项，并提出优化方案。可供同类项目借鉴参考。

关键词：隧道;衬砌结构;设计

1  项目概况

某隧道位于兰州市兰州新区，隧道地表受地方地形平整影响，原有土丘全部被推平，沟壑已被填平。

隧道全长1320m，全隧采用明挖法施工，明洞最大回填高度8m。明洞设计采用墙底开挖形式，边墙外侧7m高范围采用C15混凝土回填，隧道顶采用改良黄土夯填。明洞最大回填土厚8m，明洞衬砌采用拱墙等厚结构，衬砌厚90cm，配筋为双肢[Φ]25@200mm，As=4909mm2。全隧位于湿陷性黄土地段明洞地基采用水泥土挤密桩加固，加固深度为隧底以下10m。

2  衬砌结构檢算

本次结构检算采用MIDAS NX计算软件，采用荷载-结构法进行结构检算。二衬结构采用弹性梁单元模拟，地层对衬砌的抗力采用受压弹簧模拟。

2.1  计算模型

该模型共41节点，41梁单元，单元长度约1m，边墙与仰拱设置受压弹簧。

2.2  计算荷载

本次计算分为两种工况，工况一为回填土厚度4m时，荷载考虑结构自重、围岩压力、施工荷载;工况二为使用阶段，回填土压力按8m考虑，不计入施工荷载。

3  计算结果

3.1  工况一内力分析

根据TB10003—2016《铁路隧道设计规范》表8.5.2-1钢筋混凝土结构强度安全系数表，钢筋混凝土受压破坏安全系数为1.7。经核算，填土4m时考虑79kN/m施工荷载，结构强度满足要求。

3.2  工况二内力分析

根据TB 10003—2016《铁路隧道设计规范》表8.5.2-1钢筋混凝土结构强度安全系数表，钢筋混凝土受压破坏安全系数为2。经核算，运营阶段填土8m时结构强度满足要求。

4  计算结论

根据计算结果显示，该明洞衬砌在两种模拟工况下结构安全系数满足规范要求。

5  有关建议

结合已建成高填方明洞的常见病害，建议设计阶段考虑以下措施确保明洞结构施工安全，减少运营病害。

（1）明洞回填土层厚度大，设计阶段应明确回填至拱顶以上的施工机械荷载要求，宜采用小型机械施工，采用压路机碾压时禁止开启震动功能，并且待明洞衬砌强度达到100%后再行回填。

（2）位于黄土地段明洞的基地处理措施应达到设计强度要求，以对明洞基底提供足够的支撑，设计采用挤密桩加固应有检验要求，必须满足改善地基承载力的要求。

（3）明洞边墙采用C15混凝土回填，回填厚度应尽可能加大，以改善明洞受力，为明洞边墙提供足够的约束，对回填混凝土应补充检验要求。

（4）本隧道位于寒冷地区，明洞衬砌浇筑工期安排应避开冬季施工，相关措施应满足高速铁路混凝土技术规程规定，确保衬砌强度、质量满足要求。