双跨连拱隧道的施工过程模拟和测试分析思维导图

计算假定：①隧道的受力和变形为平面应变问题；②由于埋深较浅，仅考虑自重应力场。依据圣维南原理，取洞径的2~3倍作为计算区域，上边界取至地表面；左、右边界为水平约束，下边界为水平和垂直约束。围岩用二维平面应变单元模拟，超前支护通过在加固范围内设置重叠单元并提高其地层的物理力学参数来实现，喷射混凝土用二维平面单元进行模拟，二次衬砌则采用梁单元模拟[2].网格按靠近开挖处较密、远离开挖处较疏的原则划分，共划分了1602个单元，1274个节点。有限元网格如图2.

图2 有限元计算模型

Fig.2 FEM Model

计算步骤分为12步：1导洞开挖及初期支护→2墙浇筑→3导洞开挖及初期支护→4主洞上部开挖→5主洞上部初期支护→6主洞下部开挖及支护→7洞开挖及初期支护→8主洞上部开挖→9主洞上部初期支护→10洞下部开挖及支护→11右洞二次初砌。加上初始应力场的计算共12步。

为评价承载结构受力状况，本文结合张石高速公路野狐岭1#连拱隧道施工，主要做了二次衬砌混凝土内力的量测工作。根据现场情况，本次应变监测点选在K20+355断面上。具体测点布置如图4所示。

此次的二次衬砌表面应变量测工作选用的仪器是长沙金码高科技实业有限公司生产的JMZX－212智能弦式数码应变计以及JMZX-200X便携式综合测试仪，JMZX－212智能弦式数码应变计是一种表贴式应变计，根据监测时期的长短，可分别选用膨胀螺钉或粘贴剂将其固定在混凝土结构表面。普通传感器输出的均是原始信号（频率等），而智能弦式数码传感器不仅保留了钢弦频率的直接输出功能，而且由于其已将计算方法和标定参数存储在了传感器内，因此还可以直接输出相对应的被测物理量（应变等）。

图4 二次衬砌表面应变测点布置

Fig.4 Measuring Points Arrangement on Secondary Lining Surface

二次衬砌表面应变量测在拆模后马上进行，准备工作始于2005年8月下旬，量测工作从2005年9月1日开始，持续到10月23日（进入冬季，天太冷，现场停止大规模施工）。

尽管在准备阶段对左右洞均布设了测点，但由于施工原因，仅获得了左洞断面的量测结果。图5至图7为各测点的应变变化情况。

实测结果表明，二次衬砌混凝土应变在量测过程中变化不大，由虎克定律求得二次衬砌混凝土表面应力值来看，除左洞拱顶测点存在拉应力外，其余测点均处于受压状态，并且所得拱顶拉应力值在0.6MPa以下；中墙墙身处于受压状态，中墙顶并未出现拉应力。所测二次衬砌在监测断面上的应力不大，在3~6MPa之间，说明施工方案与设计方案是合理的，隧道结构受力状况良好。