辽宁融泰建设科技有限公司
在我国的岩土工程领域，地下暗挖结构设计通常采用的计算方法可归纳为以下四种：经验类比法（或工程类比法）、地层-结构模型（或连续介质模型）、约束-收敛模型与荷载-结构模型。四种模型各有适用条件及优缺点。
1、经验类比法
由于地下结构受到多种因素的影响，按理论计算的结果常与工程实际有较大的差别，即使受力分析采用了比较严密的理论，计算结果也需要用经验类比法进行补充和判断，可以认为隧道设计是一种基于经验的技术，故“经验类比法”仍占有重要的地位。在暗挖结构设计中，初期支护设计主要采用经验类比法。
2、地层-结构模型
又称连续介质模型，是将地层和结构视为共同受力的统一体，可以分别计算衬砌和地层的内力，从而验算地层的稳定性和进行结构设计。通常有数值解法和解析解法两类。从理论上讲，此种模型最为合理，但由于实际问题的复杂性，只有小部分问题取得了解析解，而大部分问题只能依赖数值解。数值解使用最多的是有限元。有限元本身严密精确，但由于岩土本构关系复杂、岩土计算参数取值的不精确性以及其结果难以验证，使有限元计算结果不能在工程中得到直接应用，只能作为设计的定性参考。在较重要的工程中，常采用地层-结构模型定性分析结构的安全性、施工方法的可行性和地面沉降。
3、约束-收敛模型
以收敛量测数据为依据的反分析法，其结果的可靠程度完全依赖于测试数据的可靠程度。因此，收敛基准点的设置、高精度量测工具和量测技术的采用都是非常重要的。此法的原理还不完善，存在许多问题也难以解决（如地层和衬砌的响应曲线无法正确确定），使得该方法只能停留在定性的描述阶段，实际设计中很少采用。
4、荷载-结构模型
是地下工程设计中使用最多的一种方法，我国现行《地铁设计规范》、《铁路隧道设计规范》也均推荐采用。采用这种计算模型，具有明确的受力概念及安全系数评估方法。在地下工程设计中，除确有可借鉴的工程经验进行类比，一般都要进行受力分析。暗挖结构中，大多采用荷载-结构模式分析二次衬砌，有时也用于分析初期支护。
本文抛砖引玉，通过某暗挖地下联络通道对比分析荷载结构模型与地层结构模型计算的异同。
荷载结构计算模型
通道计算可取中间每延米隧道，作为平面应变问题来近似处理，考虑围岩与结构的共同作用，按结构在使用阶段可能出现的最不利情况进行荷载组合，采用荷载－结构模型平面杆系有限元单元法对二次衬砌进行计算分析。
计算结果：
地层结构计算模型
通道地层的位移采用地层结构法计算分析,隧道围岩本构模型采Mohr-Coulomb模型，以考虑围岩的非线性变形。计算模型如下：
计算步骤按照隧道施工顺序进行。首先计算原始地应力，岩土体的开挖是在前一计算步骤所得地应力分布的基础上进行的，根据结构整体刚度的改变，按实际开挖方法（CRD法）施加地层释放荷载。计算结果：
隧道开挖引起塑性区分布和发展，在右侧下导洞开挖过程中，右侧上导洞顶部出现了所有工况下最大的塑形变形，变形随着远离右上导洞而显著减小，应力和位移场也在该区域变化幅度最大。
通过对比荷载结构模型计算与地层结构模型计算结果来看，荷载结构模型计算中尽管也可以算出各个位置的内力与变形情况，但未考虑开挖工况的影响，而地层结构模型充分考虑了衬砌结构与土体相互作用过程，更加真实地模拟了地下结构以及周围地层在施工开挖工况下的结构内力及周围地层的变形，至于是否更加符合工程实际，有待于分析比对现场监测结果。此次数值模拟只考虑CRD法开挖的施工工法，而不同的施工工法以及相同工法中不同的施工顺序，或者采用不用的支护结构形式都会对隧道结构产生不同的影响。对暗挖施工全过程定性分析，通过不同选型的计算结果来优化方案进行比选也会有一定的参考价值。
联系客服
