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第８期 北 方 交 通 ・７５・ 关于连拱隧道中隔墙优化设计施工的探讨 林立彬 赵冰陈雷 ４００１） （辽宁省交通勘测设汁院，沈阳１ １０００５） （鞍山公路工程有限公司，鞍山１１摘要根据连拱隧道中隔墙在施工和运营中的受力特点，通过多方案对比，分析了中隔 外形 支撑方式施工工序 墙在Ｌ．ｚ－和运营中几个不利工况的受力状态，总结了连拱隧道中隔墙设计与Ｌ．ｚ－的优化思路。 关键词 中隔墙１ 前言 支撑方式、中导洞临时支护拆除时机三个角度拟定 了曲墙式中隔墙设计的三组比较方案。 连拱隧道有设计繁琐、施工工艺复杂、技术要求 高、工期长等缺点，但它同分离式隧道或小净距隧道相 三组比较方案的确定是建立在两个基础之上 的：一是墙高、墙厚基本不变，也就是说没有对墙高 和墙厚的变化进行比较；二是在主洞施工工序上，按 比，又具有占地少、两端接线短的优势，在山区高等级 公路建设中的应用越来越广泛。中隔墙是连拱隧道设 计和施工的核心部位，中隔墙设计也日臻成熟，其型式 由最初的直墙式发展到现在的复合衬砌曲墙式，这不 但使中隔墙顶部的防排水设计简单有效，而且大大改 善了墙体的受力状况和行车时的视觉舒适度。曲墙式 中隔墙的顶、底边缘中部存在着一定的拉应力，有时甚 至超出了素混凝土的抗拉极限，中隔墙需要按拉应力 大小做配筋设计。但在以往的工程中见到一些墙顶回 填素混凝土的情况，这是不合适的。本文主要根据连 照先完成单侧主洞开挖及初期支护、再进行另一侧 主洞开挖及初期支护的顺序进行，即对主洞进行不 对称开挖。 方案１ 方案２ 方案３ 方禁４ 拱隧道复合衬砌曲墙式中隔墙的这一受力特点，进一 步从墙体外形、支撑方式、施工工序等不同角度分析计 ：算墙体的受力状况，根据各种因素对中隔墙受力的影 ｌ 中隔墙外形不ｌ叫的议汁万鬃 （１）中隔墙外形不同时的设计方案 比较的因素是中隔墙底部及顶部形状。方案 响程度，提出了改进复合衬砌曲墙式中隔墙设计与施 工的几种思路。 ２中隔墙设计方案 ａｌ采用底部直线、顶部小曲率弧线；方案ａ２采用底 部小曲率弧线、顶部大曲率弧线；方案ａ３采用底部 小曲率弧线、顶部小曲率弧线；方案ａ４采用底部大 曲率弧线、顶部小曲率弧线。各设计方案中隔墙底 部及顶部曲率见表Ｉ。 根据中隔墙在施工过程中的受力特点和可能给 主洞支护系统造成的影响，从墙体外形、中隔墙临时 Ｄｅｓｉｇｎ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｒａｃｋ Ｂｅａｍ ｆｏｒ Ｇｉｒｄｅｒ Ｆｉｅｌｄ Ｇａｎｔｒｙ Ｃｒａｎｅ ｏｆ Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ Ｐａｓｓｅｎｇｅｒ Ｌｉｎｅ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｗｅｉｇｈｔ ｏｆ ｄｅｄｉｃａｔｅｄ ｐａｓｓｅｎｇｅｒ ｌｉｎｅ ｓｉｍｐｌｅ——ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｅａｍ ｉ ｓ ｈｅａｖｙｅｒ ｔｈａｎ ｏｒｄｉｎａｒｙ ｂｒｉｄｇｅｓ： Ｗｅ ｃａｎｔ ｕｓｅ ｉｒｒｅｇｕｌａｒ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｔｈｅ ｉｎｔｅｍａｌ ｆｏｒｃｅ ｏｆ ｔｒａｃｋ ｂｅａｍ ｂｙ ｔａｋｉｎｇ ｃｅｒｔａｉｎ ｇｉｒｄｅｒ ｆｉｅｌｄ ｏｆ Ｗｕｈａｎ—Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ｄｅｄｉｃａｔｅｄ ｐａｓｓｅｎｇｅｒ ｌｉｎｅ．Ｉｔ ａｌｓｏ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ａ ｒａｔｉｏｎａｌ ｄｅｓｉｇｎ．Ｉｔ ｃａｎ ｂｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄ ｉｎ ｓｉｍｉｌａｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ ｐａｓｓｅｎｇｅｒ ｌｉｎｅ Ｇａｎｔｒｙ ｃｒａｎｅ Ｔｒａｃｋ ｂｅａｍ Ｄｅｓｉｇｎ 维普资讯 http://www.cqvip.com
・７６・ 北 方 交 通 ２００６ 表１ ａ组方案中隔墙顶部、底部曲率表（单位：１／ｍ） 方案１ 方案２ 方案３ 】 ｌ 、 ｊ Ｉ＼ ～～．１ 、 一 ‘～／ 一一，一 ～．＿一图２中隔墙临时支撑方式不Ｊ司时的设计方案 （２）中隔墙临时支撑方式不同时的设计方案 比较的因素是单侧主洞开挖时在另一侧未开挖 的主洞与中隔墙之间采取的支撑方式，即不支撑、水 平支撑与正向斜撑的比较。方案ｂ ｌ无支撑；方案 ｂ２采取中隔墙中部水平支撑；方案ｂ３采取垂直支 撑，即支撑与中隔墙侧壁、中导洞侧壁均垂直。 （３）中导洞临时支护拆除时机不同时的设计方 案 中导洞临时支护一般是在中隔墙混凝土强度达 到１００％之后、主洞开挖以前拆除。不同的拆除方 式对主洞初期支护受力有一定的影响。方案ｃｌ全 部拆除；方案ｃ２先拆除先开挖主洞同侧的中导洞临 时支护，直到完成先开挖主洞的初期支护后全部拆 除；方案ｃ３拆除先开挖主洞异侧的中导洞临时支 护，直到完成先开挖主洞的初期支护后全部拆除。 ３各设计方案受力状况的比较分析 为了使以上各种设计方案的计算结果有比较意 义，各方案均采用同一有限元分析软件、单一的强风 化灰岩地层结构、相同的隧道轮廓尺寸、相同的初期 支护系统及二次衬砌结构、施工中相同的阶段、增量 步具有相同的应力释放率等等。 （１）中隔墙最大主应力的比较分析 由于中隔墙在单侧主洞开挖及初期支护完成、 另一侧主洞开挖及初期支护尚未进行的工况下将受 到施工过程中最大的偏心压力，导致靠未开挖主洞 一侧中隔墙侧壁的中部出现较大的拉应力，故对这 一工况（表中工况１）和隧道完工后（表中工况２）中 隔墙的最大主应力均有必要进行比较。 表２ ａ组方案中隔墙的最大主应力比较表 方 案 ａ１ ａ２ ａ３ ａ４ 工 况 １ ２ １ ２ １ ２ １ ２ ｏ１极大值 （ｋＰ丑） 从表２可以看出外形不同对中隔墙受力的影 响。 工况１，各方案盯ｌ 出现在墙体中部。下面对 中隔墙顶部、中部、底部三处的盯ｌ极大值作一下对 比分析：通过方案ａｌ与方案ａ３的比较可以看出，采 用弧形墙底使底部减小了３４．６％，但却使中部增大 了２５．６％；通过方案ａ３与方案ａ４的比较可以看出， 采用大曲率弧形墙底使中部减小了２２．７％。顶部和 底部也有不同程度减小；通过方案ａ２与方案ａ３的 比较可以看出，采用大曲率弧形墙顶使顶部减小了 ３３．３％，仅使中部和底部稍有增大，分别为１．６％和 ０．８％。 工况２，各方案盯１ 均出现在墙体底部。不 难看出，不论是墙体顶部还是底部，其局部盯ｌ极大 值都随着曲率的增大而减小。在底部，大曲率弧形 方案比直线方案小４５％，在顶部，大曲率方案比小 曲率方案小近３０％。所以，在不影响施工的情况 下，中隔墙的顶部和底部采用适当的大曲率弧线对 改善：［况１和工况２墙体受力状况效果都十分显 著，只是在工况１下会使墙体中部主拉应力变大。 表３ ｂ组方案中隔墙的最大主应力比较表 从表３可以看出临时支撑对中隔墙最大主拉 应力盯ｌ 的影响。 工况１，ｏ＇１ 出现在中部，垂直支撑最小，水平 支撑最大，垂直支撑比无支撑小７．３％；水平支撑比 无支撑大３．１％。所以，垂直支撑对改善工况１中 隔墙的受力状况有一定效果。但水平支撑为什么会 比无支撑时还要大呢？通过变形图笔者发现，由于 水平支撑不但没有减小中隔墙顶部与底都的相对变 形，在未开挖侧岩体的挤压作用下，反倒加大了这一 相对变形，从而使墙体中部的盯ｌ 进一步加大。当 然这和支撑的高度有直接关系，在支撑高度合理时 也会减小中隔墙最大主拉应力，但没有垂直支撑效 果明显。 工况２，临时支撑对中隔墙的受力状况影响不大。 表４ ｃ组方案中隔墙的最大主应力比较表 从表４可以看出中导洞临时支护拆除时机对中 维普资讯 http://www.cqvip.com
第８期 隔墙受力的影响。 林立彬等：关于连拱隧道中隔墙优化设计施工的探讨 ４计算分析过程中存在的缺陷分析 ・７７・ 工况１，中隔墙最大主拉应力叮１…均出现在 中部，全拆方案ｃｌ最小，拆先开挖主洞异侧方案ｃ３ 最大，拆先开挖主洞同侧方案ｃ２居中，方案ｃｌ比方 案ｃ３小１ ４．５％、比方案ｃ２小５．４％。 工况２，中隔墙最大主拉应力叮ｌ…均出现在底 线弹性本构模型模拟强风化灰岩地层存在理论 上的缺陷。中隔墙临时支撑用杆单元模拟时计算结 果出现变异、故只能用梁单元模拟，这是计算分析软 件的缺陷。但从用梁单元模拟中隔墙临时支撑的计 算结果看，支撑本身所受弯矩很小，故此软件缺陷带 来的影响较小。中导洞处在左右洞正中间，这与实 际工程中有些中导洞位置偏向一侧不一致，这使计 算分析与工程实践存在差异。所有这些导致以上所 部，拆先开挖主洞同侧方案ｃ２最小，拆先开挖主洞 异侧方案ｃ３最大，全拆方案ｅ １居中，方案ｃ２比方 案ｃ３小２８．８％，比方案ｃｌ小１１．９％。 所以，从改善中隔墙受力状况的角度看，中导洞 得出的计算结果在数值上可能与工程实际有一定的 差异，但从各组数据比较过程中所体现出的规律在 工程上是有一定借鉴意义的。 ５结语 临时支护的拆除宜早不宜晚，且宜与相应侧主洞的 开挖同步，因为这样可以及时有效地将岩体变形和 应力释放到未开挖岩体中，充分利用了围岩的自承 能力。 从以上的分析比较中我们可以得出以下结论： （１）中隔墙顶部、底部都是拉应力较为集中的 （２）主洞初期支护系统及二次衬砌结构受力状 况比较分析 经比较，主洞二次衬砌结构的受力状况在各组 设计方案情况下的差别不大；主洞初期支护系统除 区域，这两个区域都应配置一定数量的抗拉钢筋。 （２）中隔墙顶部、底部宜采用一定曲率的弧线 受中导洞临时支护拆除时机影响外，其余无太大影 响。为节省篇幅，此处只列出主洞初期支护系统在 取代直线将显著改善墙体在施工过程中和隧道完工 后的受力状况。 （３）中隔墙的临时支撑采用垂直支撑的方式对 减小工况１中隔墙中部的最大主应力效果最好。 （４）在保证安全的前提下尽早拆除中导洞的临 时支护系统不但可以有效减小隧道完工后中隔墙底 部的最大主应力，而且可以有效减小主洞初期支护 ｅ组方案中的计算结果。 表５ Ｃ组方案完工后主洞初期支护受力比较表 的弯矩和剪力，改善中隔墙和主洞初期支护的受力 从表５中可看出，拆先开挖主洞同侧方案ｃ２时 初期支护的弯矩、剪力均为最小值，分别比拆先开挖 主洞异侧方案ｃ３减小３１．６％和３１．Ｏ％，方案ｃ２比 方案ｃ３的轴力仅增加２．３％。在保证安全的情况 下，尽可能早地拆除中导洞临时支护将有效地减小 主洞初期支护所受的弯矩、剪力，大大改善了初期支 护的受力状况。 状况，充分发挥围岩的自承能力。 连拱隧道中隔墙的设计在一步步走向成熟，但 在采取这些改进思路的基础上，如何进一步改善中 隔墙的高度、厚度，使之更加经济、实用仍有待研究。 施工中能否将中隔墙一次性浇注成型也应在工程实 践中不断摸索。 Ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｐａｒｔｉｔｉｏｎ ｉｎ Ｔｕｎｎｅｌ ｏｆ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ——Ａｒｃｈ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｂｅａｔｉｎｇ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｐａｒｔｉｔｉｏｎ ｉｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｕｎｎｉｎｇ，ａｎｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｏｆ ｍｕｌｔｉｐｌｅ —ｓｃｈｅｍｅｓ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｓｏｍｅ ｂｅａｔｉｎｇ ｓｔａｔｅｓ ｏｆ ｍｉｄｄｌｅ ｐａｒｔｉｔｉｏｎ ｕｎｄｅｒ ｕｎｆａｖｏｒａｂｌｅ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｉｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｕｎｎｉｎｇ，ｓｕｍｓ ｕｐ ｔｈｉｎｋｉｎｇｓ ｆｏｒ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐａｒｔｉｔｉｏｎｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｍｉｄｄｌｅ ｐａｒｔｉｔｉｏｎ Ｃｏｎｃｕｒ Ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｗａｙ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ
