巖石偏壓隧道動(dòng)態(tài)分析與研究

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1、維普資訊http://www.cqvip.com第24卷第3期地下空間Vo1．24No．32004年9月UNDERGR0UNDSPACESept．2004文章編號(hào)：1001．831X(2004)03—0312—03巖石偏壓隧道動(dòng)態(tài)分析及相關(guān)研究姜勇，朱合華(同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院地下建筑與工程系，上海200092)摘要：通過系統(tǒng)研究巖石隧道，尤其是偏壓隧道的圍巖壓力確定方法，及其結(jié)構(gòu)計(jì)算方法，能夠在施工過程中對(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，及時(shí)調(diào)整隧道施工參數(shù)，達(dá)到最佳的效果。文中采用規(guī)范推薦方法確定反分析的初始參數(shù)，采用可變?nèi)莶畹膯渭冃畏ㄟM(jìn)

2、行荷載及地層參數(shù)的反分析，然后利用反演參數(shù)對(duì)襯砌內(nèi)力進(jìn)行正分析，以指導(dǎo)支護(hù)參數(shù)的確定。關(guān)鍵詞：偏壓隧道；荷載一結(jié)構(gòu)法；反演方法中圖分類號(hào)：U4514．文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A形成條件考慮了地形(坡率12)、地質(zhì)條件(圍巖類1引言別)以及外側(cè)的圍巖覆蓋厚度(t)值三個(gè)因素，同隧道結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法有荷載結(jié)構(gòu)法、地層結(jié)構(gòu)時(shí)．該條文給出了在一定的坡率及圍巖類別下形成法兩類。荷載結(jié)構(gòu)法采用與地面結(jié)構(gòu)類似的計(jì)算偏壓的上限t值，該t值主要是通過外覆土體的承方法，地層的約束作用采用某種假想分布模式的被載力檢算決定的。鐘新樵通過模型試驗(yàn)證實(shí)除了動(dòng)抗力來模擬，這種方法

3、結(jié)構(gòu)與荷載條件明確，可上述三個(gè)影響因素外，洞室大小、形狀和施工步驟以直接用結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法計(jì)算；地層結(jié)構(gòu)法將地層也是兩個(gè)不同忽略的影響因素，它們的變化會(huì)從土作為承載結(jié)構(gòu)的一部分，充分發(fā)揮地層自身的承載體內(nèi)部應(yīng)力場(chǎng)的分布上改變外覆土體的承載力，從能力，現(xiàn)在一般對(duì)于圓形結(jié)構(gòu)有各種解析解，對(duì)于而影響t值的大小l4兒。非圓形單洞也可借助復(fù)變函數(shù)的保角映射方法得2．1設(shè)計(jì)階段偏壓荷載的計(jì)算到一些解析解或近似解nj。當(dāng)洞室處于圖1所示的情況時(shí)，將可能產(chǎn)生因陶偉明[2在二郎山隧道偏壓段結(jié)構(gòu)分析中，采地形條件而引起的偏壓【6j?？紤]巖柱兩側(cè)摩擦力用荷載結(jié)

4、構(gòu)法，豎直壓力假定與地面坡度一致(梯的作用，襯砌上的垂直壓力的總和等于巖柱形分布)，側(cè)向壓力采用朗肯主動(dòng)土壓力理論，同時(shí)ABB0的重量減去兩側(cè)破裂面(AB和B0)上的考慮了彈性抗力的作用；將雙層襯砌按等變形原理摩擦力。簡(jiǎn)化為單層襯砌計(jì)算。陳少華采用2D—a進(jìn)行巖柱兩側(cè)面上的摩擦力，可由巖柱側(cè)面AB和連拱隧道的二維有限元分析，其中將二襯取為實(shí)體滑動(dòng)面AC所形成的巖體，在力的平衡條件下求單元。得。在荷載結(jié)構(gòu)法中，圍巖壓力的確定至關(guān)重要，襯砌上承受的荷載強(qiáng)度可表示為目前的確定方法主要有泰沙基法、普氏理論、圍巖分類確定法等。qi：7h?！?一下

5、7tanO](4)2偏壓隧道的荷栽計(jì)算其中《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(JB1r3—85)對(duì)偏壓隧道=taM—tanc~I+tanp(tan—tan0)+tan~tan0·收稿日期：2004-03．23(修改稿)作者簡(jiǎn)介：姜勇(19"70-)，男，山東省棲霞市，在讀博士生，工程師，主要從事地下工程施工及巖土工程數(shù)值分析。維普資訊http://www.cqvip.com2OO4年第3期姜勇等：巖石偏壓隧道動(dòng)態(tài)分析及相關(guān)研究313在本工程中，由于監(jiān)測(cè)項(xiàng)目較多，既有量值極小的位移，又有量值很大的襯砌內(nèi)力值和圍巖壓力值，直接采用上述的目標(biāo)函數(shù)，會(huì)出現(xiàn)小

6、量被大量吞噬的現(xiàn)象，即目標(biāo)函數(shù)值由大量控制，而小量不起作用。因此，我們對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行了改造，采取如下的形式：∑(一“)_．，()=∑一(7)2“式中、“含義同上，其下標(biāo)的意義為第i個(gè)．圖I偏壓荷載計(jì)算簡(jiǎn)圖監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的第個(gè)測(cè)點(diǎn)。尼為監(jiān)測(cè)項(xiàng)目數(shù)，為第個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的測(cè)點(diǎn)數(shù)。A0=tanflo—tana1+tanflo(tan聲一tanO)+tan~tanO反分析的優(yōu)化方法目前有很多，梯度法總是沿著函數(shù)值下降的方向?qū)ふ易顑?yōu)點(diǎn)，因此開始優(yōu)化時(shí)tan：tan聲+／二：；．效率較高，但隨著優(yōu)化的進(jìn)行效率開始降低，同時(shí)它找到的是局部最優(yōu)點(diǎn)，而且對(duì)目標(biāo)函數(shù)的

7、要求很t=t+√高(可導(dǎo)性、可顯式表示等)；另外，還有很多別的優(yōu)式中y——巖體的容重；化方法。這里采用單純形法。^?！?jì)算點(diǎn)處襯砌頂上的巖柱高度；本文采用同濟(jì)曙光(C,eoFBA)軟件，該軟件具一每單位長(zhǎng)度洞室頂部巖柱總重量；有荷載一結(jié)構(gòu)法和地層一結(jié)構(gòu)法的正、反演分析功能。對(duì)于荷載一結(jié)構(gòu)法，反演分析的目標(biāo)參量可以，2o——側(cè)壓力系數(shù)；是圍巖壓力，也可以是地層彈簧剛度，或者是二者，——滑動(dòng)面與水平面夾角；一起參加反演；正分析可以是普通的山嶺隧道，也a——地表面的坡角；可以是盾構(gòu)法拼裝隧道?！獛r體的內(nèi)摩擦角；——巖柱兩側(cè)的摩擦角，對(duì)于巖

8、石，=3隧道結(jié)構(gòu)正分析計(jì)算原理(O．7—0．8)；對(duì)于土，=(O．3—0．5)；對(duì)新奧法施工首先采用光面爆破開挖洞室，然后于淤泥、流砂等松軟土，=0。適時(shí)地施加噴錨支護(hù)，同時(shí)對(duì)洞室的位移、應(yīng)力、應(yīng)襯砌側(cè)墻上