矩形隧道衬砌结构优化数值模拟分析

邓  磊

(中铁十八局集团 隧道工程有限公司，重庆  400700)

摘  要：为提出合理的明挖法城市地下矩形隧道结构优化形式，建立了衬砌厚度和衬砌拐角优化后的荷载-结构力学模型，运用有限元软件对衬砌结构的内力和变形进行数值模拟分析。研究结果表明：当对衬砌结构厚度进行优化时，矩形隧道结构的最大变形值与衬砌结构厚度成反比;衬砌厚度减薄，对整体结构内力分布变化影响较小，但是在衬砌结构拐角处产生应力过大的现象。而对衬砌拐角处结构形式进行优化时，衬砌结构的变形量明显减小，整体结构变形分布较均匀，而产生水平位移最大值的位置出现“下移”的现象;衬砌结构形式的优化，使衬砌结构内力分布特征产生较大差异，对整体结构受力是有利的。因此考虑结构受力和使用空间等方面的要求，采用此种衬砌结构优化形式，不仅能够充分发挥衬砌结构的潜能，而且可以节约工程造价。

关键词：矩形隧道;衬砌结构;优化设计;数值模拟;荷载-结构法