公路隧道数值模拟开挖支护浅析.pdfVIP

第 �期�总第���期� 山西交通科技 ��.� ����年 ��月 ������������������������������������������� 公 路 隧 道 数 值 模 拟 开 挖 支 护 浅 析 1 2 王志福 ，李 鲁 （1.山西省交通科学研究院，山西 太原 030006；2 .中国矿业大学，北京 100083） 摘要 ：利用 ANSYS 有 限元分析软件 ，考虑地应力 的逐步释放 ，对某公路隧道软弱围岩标 段 的台阶法开挖支护进行 了数值模拟，并对围岩和支护体系的变形和受力特点进行 了分析 ，得 到了拱顶沉 降,洞内水平收敛以及支护结构内力变化规律，这为工程的顺利实施提供 了依据和 指导，可供类似工程参考 . 关键词 ：软弱围岩; 公路隧道;台阶法; 数值模拟 中图分类号：�������文献标识码 ：�文章编号：���������(����)���������� 东 部 之 构 造 剥 蚀 中低 山 区 ，海 拔 高程 889 .90� �引言 1 056.2 0 m，相对高差 166 .30 m.微地貌为基岩 山梁, 近年来我国公路发展迅速 ，建设重点逐步由东 陡坎,冲沟缓坡，隧址区基岩裸露 . 部平原地区转向西部 山地丘陵地区，需要修建大量 在隧洞某标段 ，洞体埋深 56�135 m ，隧道 围岩 的隧道 ，山区地质条件复杂，而软弱破碎 围岩是公路 为二叠系下统山西组 （P1s）黑灰色泥岩夹砂岩，强风 隧道工程中常见 的一种围岩[1] .此类围岩 自稳性差 ， 化�弱风化 ，由于发育小断层 F 1,F2，断层破碎带较 围岩 自稳时间很短或者没有自稳时间，来不及完成 发育，层 间结合较差，岩体呈角（砾）碎 （石）状松散结 临时支护,特别是拱部围岩 ，在隧道开挖失去承载后 构和块（石）碎（石）状镶嵌结构，岩体完整性差，无地下 极易发生坍落，形成工程事故 ，在此类设计和施工 中 水 ，围岩稳定性较差，岩层纵波波速为 1.3�1.6 km/s， 多采用工程类比法 [2] .但是，随着人们认识水平的提 围岩类别为 Ⅴ类 . 高和计算技术的发展 ，近年来结合类比法的初步设 ���隧道 内轮廓设计 计，利用有 限元方法对隧道施工过程进行数值模拟 隧道内轮廓应 以建筑限界为基础 ，充分考虑衬 分析，以考察设计参数的合理性以及施工方案的可 砌结构受力特性,工程造价,装饰厚度及富余空间, 行性，已经成为普遍 的做法 . 运营设施的安装空间等 因素 .本项 目隧道采用受力条 本文应用大型有 限元软件 （ANSYS），采用平面 件好,断面利用率高的三心圆（曲墙拱）断面 .拱半径为 2 应变模型，在反转应力释放法 的基础上 ，以生 , 5.14 m,曲墙半径为 7.64 m，净空面积为 57.4 m .见图 1. 死 单元法模拟隧道开挖过程 ，考虑地应力随着开 挖和支护逐步释放，对台阶法施工过程进行了研究， 得到了开挖断面处的拱顶沉降,洞 内水平收敛以及 支护结构内力随时间的变化规律，最后对隧道设计 参数进行验证，看能否满足设计要求 ，同时看所选用 的施工方法能否满足施工 中围岩的稳定性，为以后 类似工程做参考 . �工程背景 ���地质概况 本文选用的天子庙高速公路隧道位于太行山脉 图�隧道轮廓断面(单位：cm ) 山西交通科技 山西交通科技 收稿 日期：�����������修回日期：���������� 作者简介：王志福 （����� ），男，山西孝义人，