双庆路电力隧道浅埋暗挖法施工地层变形三维数值模拟.pdfVIP

第 ll期 广东水利水电 No．11 2013年 11月 GUANGD0NG WATER RES0URCESAND HYDROPOWER NOV．2013 双庆路电力隧道浅埋暗挖法施工地层变形三维数值模拟 王园栋，张光碧，姚 良学，朱迪生 (四川大学水利水电学院，四川 成都 610065) 摘 要：结合双庆路电力隧道，通过建立三维弹塑性有限元模型，对浅埋暗挖法采用上下台阶预留核心土法进行隧道的 开挖时地层变形进行ANSYS数值模拟。分析隧道开挖引起的水平位移、拱顶沉降、地表沉降以及地层 内部位移的变形 规律。提 出相应的施工建议措施，为该工程设计和施工提供依据 ，为类似项 目的设计和施工提供一定的参考。 关键词：三维模拟；拱顶沉降；水平位移；地层沉降；浅埋暗挖 中图分类号：U455 文献标志码 ：B 文章编号：1008—0112(2013)11—0051—07 1 工程概述 二次衬砌仅作为安全储备，模拟时不予考虑；⑥只考 双庆路电力隧道工程位于成都市二环路附近，设 虑重力作用，不考虑地面荷载及建筑物的影响。 计总长为 963．21m。该隧道在 00+O0～01+80段采 2)料参数及单元的选取 用浅埋暗挖法进行施工，其余段按明挖施工。该片区 双庆路电力隧道工程为V级围岩，以第四系全新 所处地貌为岷江水系成都平原 II级阶地，场地地形起 统人工填土层(杂填土和素填土)、第四系上更新统冲 伏较小。钻孔揭露深度范围内，地层依次为第 四系全 洪积层 (粘土、粉质粘土和卵石)为主。由于土体属于 新统人工填土层、第四系上更新统冲洪积层及 白垩系 颗粒材料，其受拉屈服强度远小于受压屈服强度，材 上统灌 口组泥岩地层，其中第四系上更新统冲洪积层 料受剪时，颗粒会膨胀 ，因此在ANSYS中，土体材料 为粘土、粉质粘土和卵石，卵石层顶板埋藏深度为 采用D—P准则进行模拟。采用8节点六面体 solid45 7．3～10．7m。该电力隧道埋深约为9．0～16．0m，开 实体单元模拟隧道围和砼衬砌 ，借助MESH200单元进 挖范围以上覆盖层主要为第 四系全新统人工填土层 ， 行辅助划分网格。材料参数如表 1所示 。 开挖断面范围以第四系上更新统冲洪积层为主，粘土、 表 1 有限元计算的物理力学参数 粉质粘土和卵石层为隧道持力层。本文的模拟采用常 用的直墙拱形断面形式进行研究，开挖方式采用上下 台阶预留核心土的开挖方式，并配以小导管注浆的超 前加固措施及挂双层钢筋网、设格栅钢拱架及喷射砼 等支护措施。 2．2 模型尺寸及边界条件 2 双庆路电力隧道浅埋暗挖法施工地层变形三维数值 根据圣维南原理，隧道开挖后应力和应变在洞室 模拟 周围3～5倍的开挖宽度范围影响较大，在 5倍洞室范 2．1 基本假定及参数选取 围之外影响较小可 以忽略不计 。本次模拟隧道左右边 1)模前做以下几点基本假设： 界均取5倍的洞室跨度 ，下边界取 5倍的洞高，该隧 ①地层为均质、连续、各向同性的介质；②岩土 道为浅埋隧道 ，上边界取至地表。洞室跨度方 向左右 体及加固区材料采用 D—P材料本构模型，不考虑体 各取 20．0m，高度方 向取 39．0m，开挖方 向取 积的膨胀，混凝土材料为线弹性材料；③ 由于为城市 40．0m。建模尺寸为 40．0nl×39．0m×40．0m(宽 × 浅埋软弱围岩隧道，岩土体较破碎，故本次初始应力 高 ×长)。 场只考虑 自