不同级别围岩条件下浅埋偏压大跨度隧道开挖工法的比选.pdf

不 同级别 围岩条件 下浅埋偏 压大 跨度 隧道开挖 工法 的 比选 傅鹤林 ，谢启东 ，张聚文 ，谭捍华 (1．中南大学土木建筑学院， 湖南 长沙 410075；2．贵州省交通规划 勘察设计研究院， 贵州 贵阳 630001) 摘 要 ：对不 同级别围岩条件下浅埋偏压大跨度 隧道的3种施工方法引起 的应力场和 围 岩位移进行了模拟分析，在此基础上，评价 了各种方法的适用条件 。 关键词 ：浅埋偏压大跨度隧道 ；施工方法；围岩条件 ；应力场 ；位移 ；数值模拟 随着我 国高速公路和铁路建设的蓬勃发展，浅 1．3．1 计算内容 埋偏压大跨度隧道的修建越来越普遍，甚至会在 自 具体计算内容如下： 稳能力较差的软弱围岩 中修建浅埋偏压大跨度隧 (1)首先形成计算模型的初始地应力场； 道。因此，研究软弱围岩条件下浅埋偏压大跨度隧 表 1 物理力学参数 道合理的开挖方法，对于指导隧道施工、提高隧道工 程质量、加快施工进度、降低工程费用等均有非常重 要的现实意义。 1 数值模拟 1．1 模型的建立 本文选取一浅埋偏压典型段隧道进行分析。该 (2)按各种方法进行隧道开挖支护模拟，分别 隧道处于坡面的正下方，坡面倾斜角度为 10。左右， 计算各种开挖支护方法引起的围岩扰动后的应力场 隧道埋深大约为5m，所选取的断面宽度约25m，隧 和位移场 。 道净高8．5m。地表为 自由面，不受任何约束；模型 计算分析中考虑拱顶上覆岩体厚度5m的情况。 左右边界面及下部边界面均受到其法向方向上的位 1．3．2 数值模拟的开挖步骤 移约束。 (1)上下台阶法开挖支护 。开挖上半断面；拱 根据 FLAC 分析问题的特点，该计算模型采用 部及上部边墙喷射砼进行初期支护及二次支护；开 弹塑性平面应变模型。隧道围岩材料特性按均质弹 挖下半断面；下部边墙喷射砼进行初期支护及二次 塑性体考虑，采Mohr—Coulomb屈服准则，初始应力 支护。 仅考虑 自重应力，当材料进入塑性状态后，其应力应 (2)3台阶法开挖支护。上半断面开挖 ；拱部 变关系由塑性理论 中的增量法求解。 及上部边墙喷射砼进行初期支护及二次支护；开挖 1．2 计算参数的确定 中导断面部分；开挖下半断面；下部边墙喷射砼进行 隧道围岩初始力学参数和支护结构的物理力学 初期支护及二次支护。 参数依据 《公路隧道设计规范》中建议的范围和实 际围岩的特性确定，具体取值见表 1。 (3)CD法(中隔壁法)开挖支护。先行导坑上 1．3 各种施工方法的数值模拟 部开挖；拱部喷射砼并进行衬砌支护；先行导坑下部 分析和对 比在不同种围岩级别条件下3种不同 开挖 ；上边墙、下边墙喷射砼并进行衬砌支护；后行 的开挖方法引起的应力场和位移场变化情况，以便 导坑上部开挖 ；拱部喷射砼并进行衬砌支护；后行导 得出各种开挖方法的优劣。 坑下部开挖 ；上边墙、下边墙喷射砼并进行衬砌支护。