基于围岩二次应力特征的单跨四车道高速公路隧道合理拱墙高跨比的解析计算

以京沪高速公路济南连接线浆水泉双向八车道隧道为工程背景,分析了扁平隧道洞周围岩二次应力σ_θ的分布规律;数值模拟了6种断面GK1～GK6的隧道高跨比m与σ_θ的关系,其中:GK1为设计断面,GK2～GK3由2个椭圆组合形成,椭圆交接处位于三心圆在墙脚处的公切点,GK4～GK6为不同高跨比的椭圆;以隧道最不利部位拱顶σθ由压应力转为拉应力作为围岩稳定性控制基准,对单跨四车道高速公路隧道的拱墙高跨比m_1进行了分析。研究表明:从最大跨度处直到跨中处,σ_θ在数值上逐渐减小,且洞室越扁,最大跨度处的σθ越大,跨中处的σ_θ越小;跨中处出现受拉应力还是受压应力取决于m的取值范围;影响扁平隧道洞周围岩二次应力σ_θ的主要因素是拱墙高跨比m_1;提出了单跨四车道高速公路隧道的合理拱墙高跨比m1R值,即在满足隧道净空要求的前提下,Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩m_(1R)应分别小于0.420～0.490、0.365～0.420和0.280～0.365。