大斷面小凈距市政隧道施工過(guò)程變形行為研究.pdf

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1、器軌道交通與地下工程TrackTraffic＆UndergroundEngineering大斷面小凈距市政隧道施工過(guò)程變形行為研究王柏林1。蔡子勇2(1．泉州臺(tái)商投資區(qū)城市建設(shè)發(fā)展有限公司，福建泉州362122；2．湖南科技大學(xué)，湖南湘潭411201)摘要：以福建省泉州市高山巖2號(hào)和3號(hào)(東西側(cè)主線)隧道為研究背景，采用有限元分析軟件對(duì)大斷面小凈距隧道開(kāi)挖過(guò)程中圍巖變形進(jìn)行模擬。研究表明：大斷面小凈距隧道在不同的工況下圍巖變形不同，且對(duì)拱頂沉降的影響大于周邊收斂，隧道開(kāi)挖的先后順序不同對(duì)圍巖周邊的

2、擾動(dòng)影響區(qū)域也不同。根據(jù)數(shù)值模擬分析結(jié)果可為該類隧道施工選擇合理的開(kāi)挖施工方法及施工順序，以確定最優(yōu)開(kāi)挖方案。關(guān)鍵詞：大斷面；小凈距：隧道施工；圍巖變形中圖分類號(hào)：U456．31文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B文章編號(hào)：1009—7767(2015)03一0084—04OnDeformationBehaviorofLargeSectionMunicipalTunnel研thSmallSpaceinConstructionProcessWangBolin，CaiZiyong隨著我國(guó)交通運(yùn)輸量的急劇增長(zhǎng)，車道數(shù)量的不斷

3、增多。為解決分離式隧道最小凈距要求所帶來(lái)的展線不靈活、占地面積大、高邊坡等突出問(wèn)題，大斷面小凈距隧道不斷涌現(xiàn)?。由于該類隧道具有斷面面積大，扁平率高，兩隧道間相互影響大，同時(shí)該類隧道工程施工具有分期、分步開(kāi)挖，逐步形成洞室的特點(diǎn)，加之隧道圍巖非線性力學(xué)特性，開(kāi)挖導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)及圍巖力學(xué)狀態(tài)為不可逆的非線性演化過(guò)程[21。大斷面小凈距隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力特性及圍巖的穩(wěn)定性均較為復(fù)雜．并與施工方法的選擇和施工順序的選用息息相關(guān)．對(duì)隧道開(kāi)挖之間的相互影響等諸多問(wèn)題還缺乏研究。筆者在隧道施工前對(duì)大斷面小凈距隧

4、道開(kāi)挖過(guò)程中圍巖的變形進(jìn)行模擬。選擇合理的開(kāi)挖施工方法及施工順序，以確定最優(yōu)開(kāi)挖方案，對(duì)于該類隧道施工過(guò)程的質(zhì)量與安全有著十分重要的應(yīng)用意義。1工程概況高山巖隧道主線采用上下行分離式、雙向8車道布置，其中2號(hào)隧道全長(zhǎng)258m，3號(hào)隧道全長(zhǎng)259m，兩者寬17．6m，最小凈距約12m，為典型的大斷面小凈距市政隧道。同時(shí)在路線東西兩側(cè)各設(shè)1條輔線隧道。隧道平均埋深約40m，最大埋深約45．60m。洞El少量圍巖為強(qiáng)、中風(fēng)化花崗巖，圍巖級(jí)別以V、Ⅳ級(jí)為主：主體洞身圍巖主要為微風(fēng)化花崗巖，圍巖級(jí)別以84啼

5、葒投木2015No．3(May)V01．33Ⅱ級(jí)為主。2號(hào)和3號(hào)隧道橫斷面圖見(jiàn)圖1。2參數(shù)選取及模型建立2．1參數(shù)選取通過(guò)場(chǎng)地勘探、取芯進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，最終選取的圍巖力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。表1圍巖力學(xué)參數(shù)帶罨謦爹“

6、巖性巖體質(zhì)攀弩髟泊松彈性模幫譽(yù)棗，內(nèi)摩擦“謄緩瓣j攢述(k∥瞧囊j二比璧／GPa艇贛：角，(。)-Ⅱ蓑囂簍27．。毗6．。t．5s。考慮噴射混凝土的流變性、隧道開(kāi)挖不光滑等因素，初支噴射混凝土材料力學(xué)參數(shù)取值見(jiàn)表2。表2初支噴射混凝土材料力學(xué)參數(shù)2．2模型建立根據(jù)高山巖隧道的地質(zhì)情況，數(shù)值模擬

7、分析選取Ⅱ級(jí)圍巖段．通過(guò)對(duì)巖土塑性理論及巖土體本構(gòu)關(guān)系等基本假定，利用有限元軟件對(duì)隧道開(kāi)挖過(guò)程圍巖變軌道交通與地下工程器TrackTraffic＆UndergroundEngineedng圖12號(hào)和3號(hào)隧道橫斷面圖(Cm)形進(jìn)行數(shù)值模擬，其中土體采用“實(shí)體”單元模擬，初支采用“板”單元模擬；隧道埋深40m，隧道凈距12m，隧道縱向取30m作為研究長(zhǎng)度。隧道每次掘進(jìn)長(zhǎng)度為3．0m；地表為自由邊界，其余均是外表面彈性支承約束法向位移，在隧道橫斷面方向上取2倍的洞徑，垂直方向在拱底以下取2倍洞徑，拱頂取

8、實(shí)際埋深；由于計(jì)算范圍較大，網(wǎng)格劃分在保證精度的條件下，按盡量減少單元數(shù)量的原則進(jìn)行，并對(duì)局部加固區(qū)進(jìn)行細(xì)化【31。其計(jì)算模型見(jiàn)圖2、3。Il，＼姍黔～

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13、圖23號(hào)洞計(jì)算模型圖￥∥——狻‘磚鼉≤囂——rK瓣粥《，懈；秘1一了1■年燧凳冀攖鏡Hl—r{、一掘辭玉一～島辯

14、、飛～1＼圖32號(hào)和3號(hào)洞計(jì)算模型圖2．3模擬方法隧道采用臺(tái)階法開(kāi)挖，分上下2個(gè)臺(tái)階。與隧道開(kāi)挖的施工工藝相對(duì)應(yīng)。隧道圍巖的模擬以開(kāi)挖前為初始狀態(tài)，對(duì)臺(tái)階開(kāi)挖的3個(gè)工況進(jìn)行模擬計(jì)算，通過(guò)對(duì)

15、比每一工況下的圍巖變形，從而確定隧道的最佳開(kāi)挖方法，詳見(jiàn)表3。2．4不同工況下圍巖變形數(shù)值模擬不同工況下圍巖變形數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖4～9。2015年3_(5一)第33．t-辛葒投客85器軌道交通與地下工程TrackTraffic&UndergroundEngineering表3隧道開(kāi)挖模擬方法模羧正況開(kāi)挖方法工況l3號(hào)隧道(右洞)開(kāi)挖工況22號(hào)和3號(hào)隧道(左、右洞)同時(shí)開(kāi)挖工況32號(hào)隧道(左洞)開(kāi)挖完后再開(kāi)挖3號(hào)隧道(右洞)D怙PLA'：EMENTDXIJNIT[mml函j+Ⅲ4