1、    某煤礦地下輸煤隧道結(jié)構(gòu)安全性分析    郭東韡摘 要：地下輸煤隧道是電廠的核心基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)施，其在電廠發(fā)電中起著關(guān)鍵的交通運(yùn)營(yíng)作用，一旦地下輸煤隧道出現(xiàn)安全問(wèn)題，將會(huì)給人們的生產(chǎn)、生活用電帶來(lái)麻煩。該文針對(duì)某電廠地下輸煤隧道結(jié)構(gòu)的安全性，通過(guò)有限元數(shù)值模擬對(duì)v-b、v-a型兩種襯砌斷面進(jìn)行分析，通過(guò)結(jié)構(gòu)安全系數(shù)及裂縫寬度兩種方式對(duì)結(jié)果進(jìn)行判定，可知對(duì)于地下深埋和淺埋輸煤隧道主要采用合理的隧道襯砌斷面，結(jié)構(gòu)的安全性可以得到保證。關(guān)鍵詞：輸煤隧道 有限元 襯砌斷面 結(jié)構(gòu)安全性：u455 ：a ：1672-3791（2017）06（a）-0053-02地

2、下輸煤隧道是電廠的核心基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)施，一旦地下輸煤隧道出現(xiàn)安全問(wèn)題，將造成難以估量的經(jīng)濟(jì)損失。因此，做好地下輸煤隧道結(jié)構(gòu)的安全性分析顯得極其重要，目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有出現(xiàn)關(guān)于地下輸煤隧道的相關(guān)規(guī)范，所以，地下輸煤隧道結(jié)構(gòu)的安全性也只能借助于公路、鐵路隧道等的關(guān)規(guī)范進(jìn)行分析。該文以某電廠地下輸煤隧道為工程實(shí)例，通過(guò)數(shù)值模擬對(duì)兩種不同襯砌斷面條件下的輸煤隧道進(jìn)行分析，通過(guò)合理選取隧道襯砌斷面，以保證輸煤隧道的安全性。1 隧道主體工程設(shè)計(jì)該次設(shè)計(jì)結(jié)合輸煤隧道縱斷面布設(shè)要求，主要分析常用的-a型、-b型復(fù)合式襯砌，具體襯砌及參數(shù)如表1所示。2 計(jì)算理論及基本假定2.1 計(jì)算理論采用荷載-結(jié)構(gòu)法進(jìn)行分析，依據(jù)j

3、tgd 702004公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范及相關(guān)文獻(xiàn)，在計(jì)算過(guò)程中，首先確定圍巖壓力，然后計(jì)算襯砌結(jié)構(gòu)在地層壓力及其他荷載作用下的內(nèi)力分布，最后根據(jù)內(nèi)力組合進(jìn)行襯砌結(jié)構(gòu)的斷面驗(yàn)算。2.2 基本假定對(duì)所建立的模型引入基本假定：（1）圍巖的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系符合摩爾庫(kù)倫模型（m-c模型）；（2）整個(gè)過(guò)程中襯砌處于完全彈性狀態(tài)。3 數(shù)值模擬及結(jié)果分析3.1 材料的物理力學(xué)參數(shù)圍巖的物理力學(xué)參數(shù)按照實(shí)際勘測(cè)資料選取，襯砌按照混凝土規(guī)范選取。在荷載-結(jié)構(gòu)法計(jì)算模型中，襯砌采用二維梁?jiǎn)卧猙eam3模擬，梁?jiǎn)卧獙挾葹閱挝粚挾龋焊甙磳?shí)際設(shè)計(jì)襯砌厚度考慮。圍巖對(duì)襯砌的變形約束作用通過(guò)彈性抗力來(lái)實(shí)現(xiàn)，計(jì)算中彈性抗力采用彈

4、簧單元combin14模擬，圍巖彈性抗力系數(shù)參照jtgd 702004公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范，級(jí)圍巖情況下k=100 mpa/m。襯砌的荷載分擔(dān)比見(jiàn)表2。3.2 -a型襯砌斷面-a型復(fù)合式襯砌內(nèi)輪廓為城門洞型斷面，拱腳為直墻襯砌結(jié)構(gòu)，襯砌采用c35防腐鋼筋混凝土，襯砌全斷面厚度60 cm，襯砌計(jì)算模型如圖1所示。結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析與安全系數(shù)計(jì)算如下。（1）計(jì)算結(jié)果。隧道斷面范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)彎矩在拱頂、拱角、墻角和底板中心處較大；結(jié)構(gòu)軸力在拱頂位置較小，兩側(cè)邊墻隨埋深增加軸力變大，底板軸力為定值，襯砌結(jié)構(gòu)全斷面受壓。最大彎矩出現(xiàn)在墻角處，最大彎矩為585 kn·m，對(duì)應(yīng)軸力為1 780 kn，最大軸力

5、出現(xiàn)在拱角處，最大軸力為2 013 kn，對(duì)應(yīng)彎矩為517 kn·m。（2）配筋計(jì)算。根據(jù)素混凝土計(jì)算表表3可以看出，襯砌各關(guān)鍵部位安全系數(shù)k均不滿足規(guī)范要求，故需要進(jìn)行配筋計(jì)算，采用雙側(cè)對(duì)稱配筋，兩側(cè)均配825的鋼筋。表3可以看到配筋后安全系數(shù)均大于隧道要求的k配2.0，均滿足裂縫計(jì)算寬度w0.3 mm的要求，故-a型襯砌斷面安全。3.3 -b型襯砌斷面-b型復(fù)合式襯砌內(nèi)輪廓為城門洞型斷面，拱腳為直墻襯砌結(jié)構(gòu)，襯砌采用c35防腐鋼筋混凝土，襯砌全斷面厚度70 cm。結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析與安全系數(shù)計(jì)算如下。（1）計(jì)算結(jié)果。根據(jù)隧道結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)可知，隧道斷面范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)彎矩在拱頂、拱角、墻角和底板

6、中心處較大；結(jié)構(gòu)軸力在拱頂位置較小，兩側(cè)邊墻隨埋深增加軸力變大，底板軸力為定值，襯砌結(jié)構(gòu)全斷面受壓。最大彎矩出現(xiàn)在墻角處，最大彎矩為832 kn·m，對(duì)應(yīng)軸力為2 210 kn；最大軸力出現(xiàn)在拱角處，最大軸力為2 484 kn，對(duì)應(yīng)彎矩為723 kn·m。（2）配筋計(jì)算根據(jù)素混凝土計(jì)算表表4可以看出，襯砌各關(guān)鍵部位安全系數(shù)k均不滿足規(guī)范要求，故需要進(jìn)行配計(jì)算。采用雙側(cè)對(duì)稱配筋，兩側(cè)均配828的鋼筋。表4可以看到配筋后安全系數(shù)均大于隧道要求的k配2.0，裂縫計(jì)算均滿足寬度w0.3 mm的要求，故-b型襯砌斷面安全。4 結(jié)論（1）各級(jí)圍巖襯砌的控制截面均是拱頂、拱腳、墻腳、底板

7、中心處，相對(duì)位置是一致的，分布規(guī)律相同，與筆者以往工程經(jīng)驗(yàn)和監(jiān)控量測(cè)結(jié)果規(guī)律相符，說(shuō)明該次設(shè)計(jì)的隧道斷面結(jié)構(gòu)輪廓是安全的。（2）分析中發(fā)現(xiàn)所有模型墻腳處的彎矩和軸力均較大，配筋后安全系數(shù)均能滿足要求，都可以保證結(jié)構(gòu)的安全性。（3）對(duì)各斷面裂縫寬度進(jìn)行驗(yàn)算，均滿足裂縫計(jì)算寬度w0.3 mm的要求，即所選隧道襯砌截面結(jié)構(gòu)安全性可以得到保證。參考文獻(xiàn)1 彭躍，王桂林，張永興，等.襯砌背后空洞對(duì)在役隧道結(jié)構(gòu)安全性影響研究j.地空間與工程學(xué)報(bào)，2008，4（6）：1101-1105.2 賀志勇，張娟，王存寶，等.高速公路隧道安全性的綜合評(píng)價(jià)j.華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，36（2）：58-63.3 駱文學(xué).構(gòu)造節(jié)理偏壓對(duì)隧道結(jié)構(gòu)安全性影響研究j.國(guó)防交通工程與技術(shù)，2013（5）：21-24.4 孫立冬.