大断面隧道施工开挖数值模拟分析.pdfVIP

第8卷第2期 石家庄铁路职业技术学院学报 VOL．8No．2 2009年6月 J0URNALOFSHIJIAZHUANG INSTITUTEOFRAILWAryTECHNOLOGY JUl1．2009 大断面隧道施工开挖数值模拟分析 王庆国 贾 良 (陕西铁路工程职业技术学院 陕西渭南 714000) 摘要：大断面隧道施工开挖时，常采用台阶法和cD法。采用数值计算方法，从位移和受力两方 面，对两种开挖方法作了比较分析，揭示隧道结构的位移和力学特性，验证了理论的正确性，可为 大断面隧道的设计与施工提供一定的参考和指导。 关键词：大断面隧道 台阶法 CD法 中图分类号：U452 文献标识码：A 文章编号：1673—1816(2009)02—0052—04 1 引言 随着社会经济的飞速发展和隧道施工技术的提高，隧道在交通线路中所 占的比重越来越大。在 其中，断面大于 100m 的隧道大量涌出，所遇到的问题也越来越多，现行的设计与施工规范已不能 完全满足设计与施工的要求，但是国内外有关大断面隧道的研究成果并不多，可借鉴的设计与施工 经验较少，大断面隧道的设计和施工带有很大的盲 目性。不同的施工方法，相应地就有不同的支护 措施，对隧道结构产生不同的影响。因此，掌握这些施工方法的位移和力学特性，在此基础上经济 合理地选择设计施工方案，提高大断面隧道的设计与施工质量，是 目前急需解决的问题。 2 大断面隧道开挖方法 纵观大断面隧道的施工方法，其施工方法主要有以下几种：全断面法、台阶法、单侧壁导坑法、 双侧壁导坑法等。有关人士曾统计台阶法和单 (双)侧壁导坑法是大断面隧道常用的方法，其次是 大断面法。 台阶法是全断面开挖方法的变化方案，即是将设计断面分为上半部断面和下半部断面两次开挖 成型；或采用上弧形导坑超前开挖和中核开挖及下部开挖 (即台阶分部开挖法)。台阶法开挖便于使 用轻型凿岩机打眼。而不必使用大型凿岩台车。在装渣运输、衬砌修筑等方面，则与全断面法基本 相同。台阶法因为使用设备简单，工序易组织，造价较低，因此得到广泛应用。 CD法是新奥法施工的分部开挖法的一种，属于单侧壁导坑法，施工时，应沿一侧作为先行导洞 自 上而下分为二或三部进行，开挖后施作锚喷支护，安设钢架，施作中隔壁墙，之后再开挖中隔壁墙的 另一侧。CD法中的中隔壁墙能有效稳固地面支撑作用，并能防止地面沉降，因此比较适用于承载力不 足的洞 口地段，或者岩石力学性能差的隧道及隧道施工过程地质条件变化，岩石软弱或破碎岩层地段。 3 数值计算 收稿 日期：2009—03—25 作者简介：王庆国 (1980-)，男，汉，河南林州人，硕士，研究方向隧道与地下工程。 52 第2期 王庆国，等 大断面隧道施工开挖数值模拟分析 本次计算采用D—P准则，支护结构材料视作线弹性，而围岩材料视作非线性。为减小边界效应的 影响，左右及下边界取到 3～5倍隧道 开挖直径，上边界取为 自由边界，考虑 ／ ① 、 重力影响，左右边界为 方向约束，下 ＼ 。 边界为Y方向约束，纵向边界为z方向 ② ⑤ 约束。为简化计算，本文未考虑地下水 ③ 圆 ⑥ 的影响。 选择台阶法和 CD 法做施工开挖 (a)台阶法 (b)cD法 有限元模拟分析。开挖顺序如图1。 图 开挖步骤图 以铁路Ⅳ类围岩的马蹄形大断面隧道为例，综合 《工程岩体分级标准》、 《公路隧道设计规范》、 铁《路隧道设计规范》等资料，取计算参数如表 1。