巖石偏壓隧道動態(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：1001．831X(2004)03—0312—03巖石偏壓隧道動態(tài)分析及相關研究姜勇，朱合華(同濟大學土木工程學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，及其結構計算方法，能夠在施工過程中對隧道襯砌結構進行動態(tài)分析，及時調整隧道施工參數(shù)，達到最佳的效果。文中采用規(guī)范推薦方法確定反分析的初始參數(shù)，采用可變容差的單純形法進

2、行荷載及地層參數(shù)的反分析，然后利用反演參數(shù)對襯砌內力進行正分析，以指導支護參數(shù)的確定。關鍵詞：偏壓隧道；荷載一結構法；反演方法中圖分類號：U4514．文獻標識碼：A形成條件考慮了地形(坡率12)、地質條件(圍巖類1引言別)以及外側的圍巖覆蓋厚度(t)值三個因素，同隧道結構的計算方法有荷載結構法、地層結構時．該條文給出了在一定的坡率及圍巖類別下形成法兩類。荷載結構法采用與地面結構類似的計算偏壓的上限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證實除了動抗力來模擬，這種方法

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

4、構法，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)，側向壓力采用朗肯主動土壓力理論，同時ABB0的重量減去兩側破裂面(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。簡化為單層襯砌計算。陳少華采用2D—a進行巖柱兩側面上的摩擦力，可由巖柱側面AB和連拱隧道的二維有限元分析，其中將二襯取為實體滑動面AC所形成的巖體，在力的平衡條件下求單元。得。在荷載結構法中，圍巖壓力的確定至關重要，襯砌上承受的荷載強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偏壓隧道的荷栽計算其中《鐵路隧道設計規(guī)范》(JB1r3—85)對偏壓隧道=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：巖石偏壓隧道動態(tài)分析及相關研究313在本工程中，由于監(jiān)測項目較多，既有量值極小的位移，又有量值很大的襯砌內力值和圍巖壓力值，直接采用上述的目標函數(shù)，會出現(xiàn)小

6、量被大量吞噬的現(xiàn)象，即目標函數(shù)值由大量控制，而小量不起作用。因此，我們對目標函數(shù)進行了改造，采取如下的形式：∑(一“)_．，()=∑一(7)2“式中、“含義同上，其下標的意義為第i個．圖I偏壓荷載計算簡圖監(jiān)測項目的第個測點。尼為監(jiān)測項目數(shù)，為第個監(jiān)測項目的測點數(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)值下降的方向尋找最優(yōu)點，因此開始優(yōu)化時tan：tan聲+／二：；．效率較高，但隨著優(yōu)化的進行效率開始降低，同時它找到的是局部最優(yōu)點，而且對目標函數(shù)的

7、要求很t=t+√高(可導性、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。^。——計算點處襯砌頂上的巖柱高度；本文采用同濟曙光(C,eoFBA)軟件，該軟件具一每單位長度洞室頂部巖柱總重量；有荷載一結構法和地層一結構法的正、反演分析功能。對于荷載一結構法，反演分析的目標參量可以，2o——側壓力系數(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；可以是盾構法拼裝隧道?！獛r體的內摩擦角；——巖柱兩側的摩擦角，對于巖

8、石，=3隧道結構正分析計算原理(O．7—0．8)；對于土，=(O．3—0．5)；對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。適時地施加噴錨支護，同時對洞室的位移、應力、應襯砌側墻上