[發明專利]一種單洞四車道公路隧道斷面參數的設計方法

在審

• 申請號: 202010315996.0
• 申請日: 2020-04-21
• 公開（公告）號: CN111488707A
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 羅彥斌;董方方;陳建勛;王傳武;鐘道川;田超鵬
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/13;E21D9/14;E21D11/00;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發明公開了一種單洞四車道隧道斷面參數的設計方法，包括圍巖壓力的確定、不同扁平率條件下數值模型的建立、襯砌結構內力的計算、襯砌結構安全系數的計算、不同扁平率斷面對比分析、求得合理斷面形式等步驟，本發明提供了兼顧安全性和經濟性的針對不同設計車速的單洞四車道公路隧道斷面形式，解決了現行公路隧道設計規范尚無單洞四車道公路隧道斷面形式的困擾，可以為我國單洞四車道公路隧道設計規范與標準的制定提供依據，可以為我國新建或改擴建單洞四車道公路隧道斷面設計提供參考依據，確保單洞四車道公路隧道斷面形式的安全性和經濟性。

技術領域

本發明屬于公路工程、隧道工程技術領域，具體涉及一種單洞四車道公路隧道斷面參數的設計方法。

背景技術

國民經濟的高速發展帶來了高速公路交通量的大幅度上升，雙向四車道或六車道高速公路已無法滿足交通運輸需求，發展雙向八車道高速公路勢在必行。在新建或改擴建的雙向八車道高速公路項目中，一大批雙洞八車道(即單洞四車道)公路隧道應運而生。單洞四車道公路隧道指單個洞室內包含四條行車道的公路隧道，區別于單洞兩車道和三車道公路隧道，單洞四車道公路隧道不僅開挖跨度增大，同時開挖高度增大，隧道斷面更加扁平，這樣不僅增大了工程造價，還對支護結構安全性提出了更高的要求。

目前國內單洞四車道公路隧道的建設處于起步階段，相關工程經驗較少，而現行公路隧道設計規范僅給出了單洞兩車道公路隧道以及單洞三車道公路隧道的斷面形式及參數，并無單洞四車道公路隧道斷面形式和參數可供參考，隨著我國公路交通發展，單洞四車道公路隧道的建設需求日益增長，急需提出一種既能滿足隧道使用功能，確保結構安全性，又能滿足工程經濟性要求的單洞四車道公路隧道斷面參數的設計方法。

發明內容

針對上述問題，本發明提供單洞四車道公路隧道斷面參數的設計方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種單洞四車道公路隧道斷面參數的設計方法，所述設計方法用于單洞四車道公路隧道的斷面形式和斷面參數設計，所述設計方法可以確定出滿足《公路隧道設計規范》(JTG 3370.1—2018)規定，并兼顧安全性及經濟性要求的單洞四車道公路隧道斷面形式和參數。

所述單洞四車道公路隧道斷面參數設計方法，包括以下步驟：

【1】確定圍巖壓力：

假定隧道襯砌結構主要承受來自圍巖的松弛荷載，在不考慮構造應力的情況下，側壓力系數λ(λ＝σ_水平/σ_垂直)小于1，建立荷載-結構模型，其中G為結構自身重力。

依據《公路隧道設計規范》(JTG 3370.1-2018)，根據圍巖條件判斷圍巖等級，計算單洞四車道隧道圍巖壓力，包括垂直均布壓力q和水平均布壓力e，水平均布壓力e由已得垂直均布壓力乘以規范給出的側壓力系數λ求得。

【2】建立不同扁平率條件下數值模型：

有仰拱單洞四車道公路隧道斷面的扁平率分布在0.500～0.750范圍內，無仰拱單洞四車道公路隧道斷面的扁平率主要分布在0.400～0.560范圍內，因此以滿足同一建筑限界，設計有仰拱斷面時，分別選取多組數值在0.500～0.750之間且不同的扁平率，設計無仰拱斷面時，分別選取多組數值在0.400～0.560之間且不同的扁平率，借助MIDAS/GTS有限元軟件分別建立隧道數值計算模型。

【3】計算襯砌結構內力：

采用荷載-結構法，借助MIDAS/GTS有限元軟件計算不同扁平率條件下的隧道斷面襯砌結構受力，并對襯砌結構軸力N和彎矩M的計算結果進行整理。

【4】計算襯砌結構安全系數：

根據各截面位置的襯砌軸力N和彎矩M的計算結果，以及襯砌材料物理力學參數，計算襯砌結構各截面位置的安全系數K。