当下，明挖隧道结构一般采用现浇施工，而双拱形预制拼装结构为大规模铁路项目的明挖段提供了一种全新的、优雅的解决方案，这种方法在安全、成本和环保方面都颇具优势。
如今，这种方案已经应用于英国HS2项目的明挖段建设中，设计团队设定了相对严格的安装公差，而在施工实践后，为了提高施工效率，项目施工团队联合剑桥大学对核心结构进行了再测试，探讨了放宽公差要求的可能性。快来一起了解一下吧！
技术背景
根据英国HS2项目的规划，伦敦和西米德兰兹郡之间将会修建5条明挖法隧道。团队设计了一种预制双拱结构方案，最大限度应用预制构件，减少现场作业量，还可以降低衬砌厚度、节约混凝土用量，帮助项目实现整体减排目标。
施工现场
结构设计
整个隧道结构由五个预制构件组成，包括一道中隔墙、两道外部支撑墙和两道拱形顶板，采用新型接头连接。
连接位置（红圈处）
这种销式接头（pin joint）的拱顶边缘有一道凸起，外侧和中心支撑墙上设对应插孔，其结构稳定性来自回填土通过拱顶向拱壁产生的轴向压缩力。
接缝处
这种连接形式简化了施工流程，工人只需要将拱顶吊装到位，无需安装剪力键或销钉连接，工时仅需传统方案的一半。
链接结构的解析（左）和有限元分析（右）
根据以往经验，回填过程是这种拱型结构最脆弱的时候；因此，回填时需要严格的规划与现场管理，尽量避免受力不匀出现结构失稳。
精度要求
这种新工法还有一个重要的特点——它对接头的安装公差要求较为严格；接头中间部分由不同半径的圆拱构成，内弧处设有缓解区，完美安装时留有15mm间隙。
接头结构
这一接头在安装出现误差时会形成“唇边”（局部高低差，即竖向错台）和“扭转”（两端高度不一致，导致接缝呈现倾斜或扭歪状态）；在最初设计的公差要求中，“唇边”需小于5mm，“ 扭转”需小于 10mm。
但在实际施工中，这一公差要求难以实现，为了放宽公差要求，建设团队 在剑桥大学工程系NRFIS实验室中 对这种结构进行了全尺寸物理试验。
全尺寸测试
测试样本分为两种类型，分别代表两种隧道几何形状；两种类型的主要区别在于墙/顶的厚度：类型1的厚度为350mm，类型2的厚度为400mm；这种设计差异归因于隧道沿线回填深度的不同。
测试装置采用四点弯曲配置进行加载，总载荷4MN，测试过程中逐级加载，每级250kN；总共进行了六次测试，分别对应不同公差，涵盖了施工中可能的“最不利工况”。
测试内容还涵盖了注浆和未注浆两种状态，监测仪器包括光学位移测量系统（由 LED 频闪灯和配备三个光学相机的相机束构成）、数字图像技术（DIC）、应变片和位移计。
采集图像
测试结果
试验结果出人意料：即使超出设计公差，结构在加载至极限设计荷载时仍保持稳定，未出现剪切破坏、劈裂破坏等失效，局部裂缝（宽度≤0.5mm）在超过设计荷载后才出现。其中，最大的水平位移出现在偏差最大的那一侧；在加卸载循环中，结构未观察到明显损伤。
在峰值应力水平下的轴向（左）和横向（右）应变分布示例
测试也发现，注浆能提高整体稳定性，但会降低接头的“自校正能力”，即拱顶在荷载作用下调整自身位置、减少安装误差的能力。根据试验结果，结构的安全冗余比想象中更大，可以适当放宽公差，但施工工艺（如是否注浆）会显著影响接头性能。
之后，研究团队进一步利用LUSAS有限元软件建立三维非线性模型，并通过试验数据进行校准。该模型包括一段拱墙、一个完整的拱顶单元和一段中央墙。
数字模拟模型
数字模型验证的内容包括拱顶竖向位移、接头转动、侧墙水平位移。结果显示：模型与试验吻合良好，尤其在位移方面，有限元模型的位移与测试结果几乎完全一致。在试验数据的支持下，项目团队最终放宽了公差要求：“唇边”的尺寸从5mm放宽至10mm，大大提高了施工效率。
来源：公众号隧道网，如有侵权请联系删除
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只看楼主 我来说两句 抢板凳学习了双拱形预制拼装结构工艺再改进，多谢了。
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