基于参数化建模思想的四心圆公路隧道洞形优化

摘要

合理的四心圆公路隧道断面形式有助于改善衬砌结构的受力状态，减少复合式衬砌的开裂病害，提高隧道结构的耐久性。该文通过Ansys软件APDL参数化编程平台，基于“曲率连续”的设计思想，构建了拱脚区局部洞形几何尺寸参数化建模方程，建立了锚杆加固区等效力学参数计算方法及数值模拟模型，揭示了四心圆公路隧道拱脚区域局部洞形参数设计对衬砌结构内力的影响规律，结合实际工程研究显示：隧道拱脚弧与中墙弧的半径和长度对于隧道复合式衬砌结构内力的影响较明显，增大拱脚弧半径对于抑制衬砌结构内塑性区发展的效果最为明显；为了减小衬砌结构的开裂风险，提出采用衬砌拉应力为控制目标进行局部形状优化思想，通过中墙弧圆心角θ₂、拱脚弧圆心角θ₃及中墙弧半径R₂对衬砌结构内力极值的敏感性及影响规律分析为皮家岭隧道洞形优化提供了理论依据。

关键词

四心圆公路隧道 / 参数化建模 / 复合式衬砌 / 第一主应力 / 塑性区