资源描述：
《铁路隧道洞身下穿公路隧道施工的数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、铁路隧道洞身下穿公路隧道施工的数值模拟姜増国，杨培伟，刘运武汉理工大学土木工程与建筑学院，武汉(430070)E-mail：peiwei_yang@qq.com摘要：随着地下空间的不断利用,出现了重叠隧道，这就需要了解重叠隧道中后建隧道施工对地表沉降和既有隧道的影响程度。本文应用有限元分析软件ANSYS对温福铁路琯头岭隧道下穿同三高速公路琯头岭隧道左右线进行开挖中的力学过程模拟。计算表明琯头岭隧道所采用的施工方法是合理有效的。关键词：下穿隧道；数值模拟；施工方法1引言随着地下空间的不断开发利用,不可避免地出现两条隧道重叠以及交叉穿越等较为复杂的施工情况。当两个隧道的距离越来越小,重叠隧道
2、近接施工的影响越来越明显。双孔重叠布局的隧道主要是受城市建筑物的限制和地下空间综合开发利用的需要,在施工中要发生相互影响,产生上孔隧道结构整体下沉、上孔隧道底部开裂、隧道间土体不易控制等现象。这类隧道施工时,既有的隧道要对未衬砌的后建隧道产生影响,地层刚度不再对称;后建隧道的修建是在发生变化的地层中进行的,开挖时要再次发生变化,其变形规律显然不同于未发生扰动的地层。后开挖的隧道又要对己经衬砌的既有隧道发生作用。重叠隧道变形规律不同于单孔隧道,也不同于平行双孔隧道[1][2]。本文应用有限元分析软件ANYS[3][4]的三维弹塑性分析,对温福铁路琯头岭隧道下穿同三高速公路琯头岭隧道左右线开
3、挖施工中的力学过程进行非线性分析计算,揭示这类隧道开挖之后发生的现象,对类似的工程具有参考意义。2工程概况2.1设计情况及地质情况琯头岭隧道在DK280+950～281+100段下穿同三高速公路琯头岭隧道左右线，此段围岩级别为Ⅲ级。隧道开挖轮廓线拱顶距公路隧道基础底面约3.2m,平面交角约36°。根据《铁路隧道设计规范》（TB10003－2005）[5]判断此段属超浅埋情况。该段地质情况为剥蚀低山。隧道围岩为J3nb浅灰色流纹质晶屑凝灰岩，流纹质晶屑凝灰熔岩，弱风化，岩体完整，岩体质地坚硬。岩石呈相对陡峭地势，以含晶屑为基本特征，晶屑1～8mm，主要为石英、长石，呈凝灰结构，块状结构及碎
4、斑结构，层厚约412～1072m。物探弹性波速度V=4784～5841m/s。基岩裂隙水不发育。2.2总体施工方案2.2.1预支护及初支根据前期数值模拟计算结果，在DK281+095～281+045、DK281+005～280+955段施作单环100m的φ89mm长管棚预支护，共计10环。初支钢架采用I20a工字钢架，危险地段间距0.8m，其余地段间距1.2m，施作时紧跟第5部开挖掌子面，在钢架各单元连接处采用锁脚钢管，加强拱架间的纵向连接钢筋，及时施作钢架之间连接钢筋并连接牢固。系统锚杆拱部120范围内采用?2.5m长带排气装置的φ25中空注浆锚杆；边墙采用3.0m长φ22螺纹钢药卷锚
5、杆；喷射混凝土采用30cm厚添加1.2kg/m3改性聚酯纤维的C25混凝土。http://www.paper.edu.cn-2-中国科技论文在线2.2.2二次衬砌开挖完毕后及时施作二次衬砌，特制一套4.5m长小模板拱架为该段进行二衬，二衬距开挖掌子面保持在3～7.5m以间。衬砌混凝土加入早强剂，及时提高混凝土早期强度，掌子面爆破时在二衬靠掌子面端头盖上草垫。2.2.3施工工序如图所示，整个隧道断面分成6个部分。φ500锁脚钢管（L=3.5m）边墙φ32预应力锚杆，24喷5cm厚C20混凝土5613喷5cm厚C20混凝土图1开挖工序图(一)弱爆破开挖②、④部：在②、④部开挖轮廓线侧施作永久
6、初期支护，核心土侧喷射5cm厚混凝土作为临时支护。（二）利用②、④部开挖导洞作为爆破临空面布置炮眼对①、③部进行爆破开挖；施作①、③部周边永久初期支护，核心土侧喷射5cm厚混凝土作为临时支护。（三）利用①、②、③、④部开挖导洞作为爆破临空面，布置炮眼对⑤部依次进行爆破开挖；施作拱部周边的初期支护，即初喷28cm厚混凝土，架立I20a钢架，并设锁脚锚杆，钻设系统锚杆后，复喷混凝土至设计厚度。（四）开挖⑥部核心土；灌注仰拱及隧底填充（仰拱及隧底填充应分次操作）；利用衬砌模板台车浇筑二衬混凝土。3隧道开挖过程的参数选取与模型建立3.1软件介绍目前,大多数结构分析都是通过现成的有限元软件来完成的
7、。ANSYS是国际著名的大型通用可视化有限元软件,能模拟结构、热、流体、电、磁、声学,以及多种物理场间的耦合作用。利用ANSYS软件的非线性分析功能模拟地下洞室开挖,需要涉及的非线性功能面很广,如单元死活、丰富的非线性材料库等。本文根据ANSYS软件的特点,结合隧道力学的有关原理,旨在提出用ANSYS软件进行开挖非线性模拟的具有代表性的一般作法[5]。3.2参数以及数学模型的选取http://www.paper.edu.cn-3-中
