多年冻土隧道开挖稳定性分析①.pdf

第２６卷第３期 矿　 冶　 工　 程 Ｖｏｌ．２６ №３ ２００６年０６月 ＭＩＮＩＮＧＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｊｕｎｅ２００６ 多年冻土隧道开挖稳定性分析① １ １，２ １，３ １ 王星华 ，汤国璋 ，江亦元 ，巢万里 （１． 中南大学 土建学院，湖南 长沙４１００７５；２． 铁道第一勘察设计院，甘肃 兰州７３００００；３． 中国路桥集团，北京 １０００１１） 摘　 要：采用通用有限元程序，利用温度结构间接偶合方法，通过数值模拟，分析多年冻土隧道开挖过程中可能出现的应力集中区 和围岩变形，以选取合理的开挖方案和衬砌结构形式；通过热应力分析，分析多年冻土隧道施工环境温度场与多年冻土围岩稳定的 关系，得出施工环境温度的变化对多年冻土围岩的稳定影响并不是在于其引起的强度变化，而是在于其引起的裂隙状态变化，明确 了施工温度场对多年冻土围岩稳定的影响主要表现为因融化造成的局部崩塌，该结论可为多年冻土隧道施工提供依据。 关键词：多年冻土；隧道；开挖；稳定；数值模拟 中图分类号：ＴＵ４７１ 文献标识码：Ａ 文章编号：０２５３－６０９９（２００６）０３－００１２－０３ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ａ Ｐｅｒｍａｆｒｏｓｔ Ｒｅｇｉｏｎ １ １，２ １，３ １ ＷＡＮＧ Ｘｉｎ⁃ｈｕａ ，ＴＡＮＧ Ｇｕｏ⁃ｚｈａｎｇ ，ＪＩＡＮＧ Ｙｉ⁃ｙｕａｎ ，ＣＨＡＯ Ｗａｎ⁃ｌｉ （１． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００７５，Ｈｕｎａｎ，Ｃｈｉｎａ；２． Ｔｈｅ Ｆｉｒｓｔ Ｓｕｒｖｅｙ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００００，Ｇａｎｓｕ，Ｃｈｉｎａ；３． Ｃｈｉｎａ Ｒｏａｄ ＆Ｂｒｉｄｇｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００１１，Ｃｈｉｎａ ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ ｇｅｎｅｒａｌｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ⁃ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎｄｉｒｅｃｔ ｃｏｕｐｌｅ ａｎｄ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ａｎ ａｎａｌｙ⁃ ｓｉｓｗａｓ ｍａｄｅ ｏｎ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ｓｔｒｅｓｓ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄｗａｌｌ ｒｏｃｋ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｄｕｒｉｎｇ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ａ ｐｅｒｍａｆｒｏｓｔ ｒｅｇｉｏｎ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｅｌｅｃｔ ａ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｅｘｃａｖａｔｉｎｇ ｐｌａｎ ａｎｄｌｉｎｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ． Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｗａｌｌ ｒｏｃｋ ａｎｄｔｈｅｔｅｍ⁃ ｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｔｕｎｎｅｌ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｔｏ ｃｌａｒｉｆｙ ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｂｙ ｔｈｅｒｍｏ⁃ ｄｙｎａｍｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ． Ｉｔ ｗａｓ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｗａｌｌ ｒｏｃｋｄｉｄｎｏｔ ｃｏｎｓｉｓｔ ｉｎｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆ ｉｔｓｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｂｕｔ ｉｎｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆ ｉｔｓｆｉｓｓｕｒｅ ｓｔａｔｅ． Ｉｔｗａｓｃｌａｒｉｆｉｅｄｔｈａｔｔｈｅｉｎ⁃ ｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｉｅｌｄ ｏｎ ｗａｌｌ ｒｏｃｋ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｍａｉｎｌｙ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｐａｒｔｉａｌ ｆａｌｌｉｎｇ ｏ