Page 62 - 2023年第54卷第1期

空间市政设施多，公路、地铁、城轨等大型交通设施和供（排）水、电力等市政管道密集；穿越众多河
流、水库，施工期和检修期排水难度大；为尽量减小隧洞修建对沿线影响，给沿线市政建设预留足够
的浅层地下空间，隧洞沿线大部分埋深在 ４０～１００ｍ之间，地下水位临近地表，内压作用显著高于外
水压；围岩以Ⅱ和Ⅲ类石英岩、花岗岩为主，局部断裂带为Ⅳ和Ⅴ类围岩。隧洞采用 ＴＢＭ 施工，ＴＢＭ
管片采用 “３ ＋ ２ ＋ １” 分块形式，纵缝布置 １２颗环向螺栓，衬砌结构如图 ２所示。钢衬和加劲环材质为
Ｑ３４５Ｒ，钢衬计算厚度 １６ｍｍ，加劲环厚 １８ｍｍ，间距 １．５ｍ，螺栓型号为 ８．８级 Ｍ３０，弯曲半径 ３６０ｍｍ，
模型中涉及的各材料主要力学参数见表 １。

图 ２ 输水隧洞分离式衬砌结构尺寸

表 １ 材料力学参数

材料 弹性模量?ＧＰａ 屈服强度?ＭＰａ 抗拉强度标准值?ＭＰａ 泊松比
Ｃ５５混凝土 ３５．５ ２．７４ ０．１６７
Ｃ３０ 混凝土 ３０ ２．０１ ０．１６７
豆砾石 ３ ０．２７
螺栓 ２０６ ６４０ ０．３
钢衬及加劲环 ２０６ ３４５ ０．３
复合排水板 ６ × １０ － ３ ０．３８

豆砾石、管片混凝土、自密实混凝土、排水板均采用三维实体单元模拟，钢衬和加劲环均采用三
维壳单元模拟，管片螺栓采用埋入式杆单元模拟。自密实混凝土塑性阶段材料参数：剪胀角 ψ ＝ ３０° ，
? ＝ １．１６ ，不变量应力比 κ ＝
流动势偏移量 ε ＝ ０．１ ，双轴极限抗压强度与单轴受压极限强度之比 σ ｂ０ σ ｃ０
－ ４
０．６７ ，黏性系数 ζ ＝ ５ × １０ ，除自密实混凝土外，其它材料本构模型均为线弹性模型。洞轴向取单环宽
（ １．５ｍ），并在上下游端面施加法向位移约束，本文主要研究分离式衬砌内压分担特性，因此不考虑
衬砌自重与水重，以及外部荷载的影响，建立的有限元模型见图 ３。
计算断面设计内水压 Ｐ ＝ １．３５５ＭＰａ ，埋深 ７７ｍ，围岩以Ⅲ类弱微风化黑云母（二长）花岗岩为主，
变形模量 １２ＧＰａ，泊松比 ０．２５，采用全周受压接地弹簧模拟其作用，根据式（５） ［３６］ ，弹性抗力系数
Ｋ ＝ ２８６６ＭＰａ?ｍ 。
Ｅ
Ｋ ＝ （５）
１ ＋ ν ) Ｒ
( ｂ
式中：Ｅ、ν 分别为围岩的变形模量及泊松比；Ｒ为开挖半径。
ｂ
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