[发明专利]一种单洞四车道公路隧道断面参数的设计方法

说明书

本发明公开了一种单洞四车道隧道断面参数的设计方法，包括围岩压力的确定、不同扁平率条件下数值模型的建立、衬砌结构内力的计算、衬砌结构安全系数的计算、不同扁平率断面对比分析、求得合理断面形式等步骤，本发明提供了兼顾安全性和经济性的针对不同设计车速的单洞四车道公路隧道断面形式，解决了现行公路隧道设计规范尚无单洞四车道公路隧道断面形式的困扰，可以为我国单洞四车道公路隧道设计规范与标准的制定提供依据，可以为我国新建或改扩建单洞四车道公路隧道断面设计提供参考依据，确保单洞四车道公路隧道断面形式的安全性和经济性。

技术领域

本发明属于公路工程、隧道工程技术领域，具体涉及一种单洞四车道公路隧道断面参数的设计方法。

背景技术

国民经济的高速发展带来了高速公路交通量的大幅度上升，双向四车道或六车道高速公路已无法满足交通运输需求，发展双向八车道高速公路势在必行。在新建或改扩建的双向八车道高速公路项目中，一大批双洞八车道(即单洞四车道)公路隧道应运而生。单洞四车道公路隧道指单个洞室内包含四条行车道的公路隧道，区别于单洞两车道和三车道公路隧道，单洞四车道公路隧道不仅开挖跨度增大，同时开挖高度增大，隧道断面更加扁平，这样不仅增大了工程造价，还对支护结构安全性提出了更高的要求。

目前国内单洞四车道公路隧道的建设处于起步阶段，相关工程经验较少，而现行公路隧道设计规范仅给出了单洞两车道公路隧道以及单洞三车道公路隧道的断面形式及参数，并无单洞四车道公路隧道断面形式和参数可供参考，随着我国公路交通发展，单洞四车道公路隧道的建设需求日益增长，急需提出一种既能满足隧道使用功能，确保结构安全性，又能满足工程经济性要求的单洞四车道公路隧道断面参数的设计方法。

发明内容

针对上述问题，本发明提供单洞四车道公路隧道断面参数的设计方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种单洞四车道公路隧道断面参数的设计方法，所述设计方法用于单洞四车道公路隧道的断面形式和断面参数设计，所述设计方法可以确定出满足《公路隧道设计规范》(JTG 3370.1—2018)规定，并兼顾安全性及经济性要求的单洞四车道公路隧道断面形式和参数。

所述单洞四车道公路隧道断面参数设计方法，包括以下步骤：

【1】确定围岩压力：

假定隧道衬砌结构主要承受来自围岩的松弛荷载，在不考虑构造应力的情况下，侧压力系数λ(λ＝σ_水平/σ_垂直)小于1，建立荷载-结构模型，其中G为结构自身重力。

依据《公路隧道设计规范》(JTG 3370.1-2018)，根据围岩条件判断围岩等级，计算单洞四车道隧道围岩压力，包括垂直均布压力q和水平均布压力e，水平均布压力e由已得垂直均布压力乘以规范给出的侧压力系数λ求得。

【2】建立不同扁平率条件下数值模型：

有仰拱单洞四车道公路隧道断面的扁平率分布在0.500～0.750范围内，无仰拱单洞四车道公路隧道断面的扁平率主要分布在0.400～0.560范围内，因此以满足同一建筑限界，设计有仰拱断面时，分别选取多组数值在0.500～0.750之间且不同的扁平率，设计无仰拱断面时，分别选取多组数值在0.400～0.560之间且不同的扁平率，借助MIDAS/GTS有限元软件分别建立隧道数值计算模型。

【3】计算衬砌结构内力：

采用荷载-结构法，借助MIDAS/GTS有限元软件计算不同扁平率条件下的隧道断面衬砌结构受力，并对衬砌结构轴力N和弯矩M的计算结果进行整理。

【4】计算衬砌结构安全系数：

根据各截面位置的衬砌轴力N和弯矩M的计算结果，以及衬砌材料物理力学参数，计算衬砌结构各截面位置的安全系数K。