摘要：地鐵隧道在斜穿活動(dòng)地裂縫時(shí)處于彎、剪、扭的復(fù)雜受力狀態(tài)，針對(duì)箱型隧道物理模型試驗(yàn)中表現(xiàn)突出的扭轉(zhuǎn)變形破壞，筆者基于薄壁桿件約束扭轉(zhuǎn)理論，結(jié)合箱型隧道斜穿活動(dòng)地裂縫的實(shí)際受力情況，提出箱型隧道襯砌結(jié)構(gòu)在集中扭矩和表面均布摩擦扭矩作用下的扭轉(zhuǎn)角和剪應(yīng)力解析解。利用ANSYS建立箱型隧道襯砌結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)變形有限元模型，并分析截面扭轉(zhuǎn)角和最大剪應(yīng)力，數(shù)值模擬結(jié)果和用解析法得到的扭轉(zhuǎn)角及最大剪應(yīng)力吻合良好。

關(guān)鍵詞：地鐵；隧道；扭轉(zhuǎn)變形；解析法

中圖分類號(hào)：TU33；U451.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1674-4764（2013）01-0001-06

地鐵隧道結(jié)構(gòu)在斜穿活動(dòng)地裂縫時(shí)，地裂縫上下盤的錯(cuò)動(dòng)使隧道結(jié)構(gòu)在圍巖三圍壓力作用下處于復(fù)雜的受力狀態(tài)。針對(duì)西安3號(hào)線地鐵隧道小角度斜穿活動(dòng)地裂縫的情況，已開展了箱型地鐵隧道小角度（30°）斜穿地裂縫的大比例尺（1∶5）物理模擬試驗(yàn)研究。試驗(yàn)的宏觀變形破壞現(xiàn)象表明[1-2]：箱型地鐵隧道結(jié)構(gòu)在斜穿地裂縫時(shí)，結(jié)構(gòu)變形破壞不對(duì)稱，首先發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，然后發(fā)生彎曲和剪切變形破壞；下盤結(jié)構(gòu)變形破壞較上盤結(jié)構(gòu)嚴(yán)重；縱向裂縫為扭轉(zhuǎn)變形引起。目前結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范未涉及到箱型地鐵隧道結(jié)構(gòu)截面的抗扭設(shè)計(jì)，使得工程設(shè)計(jì)處于“無法可依”的狀態(tài)，而大型物理模型試驗(yàn)周期時(shí)間長且只能定性分析破壞現(xiàn)象，因此對(duì)箱型地鐵隧道結(jié)構(gòu)斜穿活動(dòng)地裂縫的扭轉(zhuǎn)變形解析解研究具有十分重要的意義。

20世紀(jì)隨著人類對(duì)地下空間的開發(fā)，隧道技術(shù)得到飛快發(fā)展，在穿越活動(dòng)斷層、箱型隧道結(jié)構(gòu)方面積累豐富的設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)。Stirbys等[3]和Dalgic[4]分別采用擴(kuò)大斷面的結(jié)構(gòu)處理措施和剛性支護(hù)與柔性支護(hù)相結(jié)合地方法來解決隧道穿越斷層引起的問題。Park等[5]通過現(xiàn)場調(diào)查、材料試驗(yàn)分析韓國大邱市箱型地鐵隧道結(jié)構(gòu)火災(zāi)損傷并提出修復(fù)方案，Pavlovcic等[6-9]等對(duì)組合箱型結(jié)構(gòu)的彎扭性能進(jìn)行數(shù)值模擬，取得了一定的研究成果。周世軍[10]、黃海東等[11]等研究了箱型結(jié)構(gòu)彎剪耦合的變分解析解和非均勻收縮變形計(jì)算，彭建兵等[12]、范文等[13]、黃強(qiáng)兵等[14]、胡志平等[1]等進(jìn)行了包括箱型地鐵隧道在內(nèi)的3種不同類型隧道斜穿地裂縫變形破壞機(jī)制物理模型試驗(yàn)研究，定性分析出整體式隧道結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)變形破壞先于彎剪破壞，但關(guān)于箱型隧道結(jié)構(gòu)在斜穿地裂縫時(shí)扭轉(zhuǎn)變形破壞解析解研究尚不多見。