隧道工程的结构分析
摘要：文章对地下工程中的常见的隧道受力进行了有限元分析，通过对边界条件的真实模拟，经过计算分析出了位移变形图、弯矩、剪力和轴力等各种力学特性。

这些都为隧道工程的设计提供了重要的借鉴意义。

关键词：隧道工程；有限元；模拟单元
地下工程是指深入地面以下，为开发利用地下空间资源所建造的地下土木工程。

它包括地下房屋和地下构筑物、地下铁道、公路隧道、水下隧道、地下共同沟和过街地下通道等。

隧道为地下通道的一种，也是最常运用的一种。

设计给交通或其他用途使用，通常用来穿山越岭，若施做于地面下称作地下隧道，在台湾习称地下道。

隧道大部分的功能，为提供行人、脚踏车、一般道路交通、机动车、铁路交通、或运河使用，而部份隧道只运送水、石油或其他特定服务，包括军事及商业物流等。

建造隧道有数种方式，深度浅的隧道可先开挖后覆盖，称为明挖回填式隧道；先兴建从地表通往地下施工区的竖井，再直接从地下持续开挖称为钻挖式隧道；建造海底隧道可用沉管式隧道。

隧道可以分为铁路隧道、人行隧道、运河隧道、输水隧道、排水隧道、山岭隧道、城市地下隧道、水底隧道、海底隧道、过江隧道和电缆隧道等。

1地下工程的结构分析
1.1建模及分网
有限元分析(FEA)的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。

它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的近似解，然后，推导求解这个域总的满足条件，从而得到问题的解。

这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。

由于，大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。

模型及有限单元划分详见图1。

1.2边界条件
对隧道周边一定范围外的环境施加UX、UY方向的固定约束(即在超出隧道一定距离外的因素可以忽略不计)；考虑到隧道周边土体将对其产生一定的压力作用，对其四边施加线性压力。

具体如图2所示。

1.3位移图
进过迭代求解计算，提取出了隧道在力的作用下的位移变形图。

其中虚线为受力之前的形状，实线为受力之后的变形。

整个隧道都有向下的位移变形，以两端的变形最大，中间的较小，具体如图3所示。

2结语
隧道工程作为地下工程的典型形式，具有设计复杂、施工难度大的诸多限制。

借助数值方法对其研究，具有省时、节约造价的诸多有点。

随着理论的不断完善，数值模拟将在隧道工程中发挥更加重要的作用。

参考文献：
[1]曾桅栋.深圳地铁重叠隧道信息化施工技术研究[D].成都：西南交通大学,2003.
[2]杨保存.岩体应力及其测量方法综述[J].江西水利科技。

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