cd法开挖小净距公路隧道的优化研究

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1、总第238期Transporta交tion通Scien科ce＆技TechnologySerialNo．2382010年第1期No．1Feb．2OlOCD法开挖小净距公路隧道的优化研究林尔姬肖翔李树鹏。(1．广州地铁设计研究院有限公司广州5i0010；2．武汉铁路局襄樊工程建设指挥部襄樊4410033．中铁第四勘察设计院集团有限公司武汉430063)摘要采用CD法对浅埋小净距公路隧道在不同开挖顺序下进行施工力学数值模拟。通过对不同开挖顺序时的围岩位移和应力进行分析和比较．数值结果表明：在采用CD法施工时，不同

2、的开挖方式最终位移和应力相差不大。综合考虑开挖过程中围岩应力和位移可知，采用先封闭先行隧道，再开挖后行隧道远离先行隧道侧的开挖方式较为适宜。关键词CD法开挖方案小净距隧道数值模拟小净距隧道是介于普通分离式隧道与连拱隧使用四节点平面单元Plane42模拟，锚杆使用2D道之间的一种结构形式L】j。随着我国国民经济的的Link1单元模拟，衬砌使用2D的梁单元持续快速增长，交通运输尤其是公路为了满足乘Beam3模拟。边界条件为：左右边界约束横向位客的安全、舒适、快速、方便的乘车需求，在山地移，下边界约束竖向位移，上

3、边界(地表)自由。不和丘陵地区的交通线路中，大量采用造价较低、施考虑岩体构造应力，仅考虑其自重应力。通过对工简单的小净距隧道。设置释放系数控制初期支护的受力，参考《公路隧小净距隧道施工过程中，由于2洞间距较小，道设计规范》(JTGD70—2004)_13，围岩和初期支后行洞施工过程中往往对先行洞洞周围岩产生扰护共同分担2O的释放荷载。动。不同的施工方法、支护形式与支护时机对围岩的扰动影响程度不同。本文以江西某高速公路隧道为背景对浅埋条件下CD法施工的不同工序进行分析，优选出最佳的施工方案。该隧道由于地形限制

4、而采用小间距的结构形式，隧道最大埋深70余ITI，全长500．28m，单洞孔径13．4m，左右线隧道净间距7m，隧道沿线地质主要为第四季残破积碎石土，强风化砂质板图lK66+195断面网格划分图岩，岩性软，岩体结构松散，岩体破碎，呈碎裂结表1围岩及支护物理力学指标构。隧道出洞口为V级围岩。1隧道围岩有限元模型隧道洞口处于V级围岩，最大埋深27m，左右边界取最大64ITI，建立该断面有限元网格模型将隧道划分为8个部分(见图2)，分别讨论如图1所示。围岩和支护的物理、力学参数根据在以下3种开挖方式下的围岩受力和

5、变形情况。地质勘察报告及国家标准《锚杆喷射混凝土支护方案一：模拟初始应力一右侧隧道右上A一技术规范》(GBJ86—85)选取，如表1，围岩采用右侧隧道右下c一右侧隧道左上B一右侧隧道Drucker—Prager屈服准则材料，其余材料均使用左下D一左侧隧道左上F一左侧隧道左下H一线弹性本构关系。采用平面模型进行分析，围岩左侧隧道右上E一左侧隧道右下G。方案二：模拟初始应力一右侧隧道右上A一收稿日期：2009—10-22右侧隧道右下C一左侧隧道左上F一左侧隧道2010年第l期林尔姬等：CD法开挖小净距公路隧道的

6、优化研究55左下H一右侧隧道左上B一右侧隧道左下D一3隧道开挖过程位移和应力分析左侧隧道右上E一左侧隧道右下G。方案三：模拟初始应力一右侧隧道左上B一为了比较在不同的开挖工序情况下围岩的应右侧隧道左下D一左侧隧道右上E一左侧隧道力变化，在每侧隧道的拱顶、左右45。拱肩、上台右下G一右侧隧道右上A一右侧隧道右下C一阶左右拱脚和拱底上选择6个控制点分析其应力左侧隧道左上F一左侧隧道左下H。和位移的变化。其编号和位置如图3。．、．．、F层。。。yc图2隧道开挖不意图图3编号位置不意图每侧隧道先行上(下)导洞开挖后

7、，在拱部和3．1位移分析上边墙(下边墙)喷射混凝土，中壁立格栅钢架喷左右隧道拱顶垂直位移和岩柱侧拱脚的水平射混凝土；后行上导洞开挖后在拱部和上边墙喷位移变化情况如图所示。射混凝土，后行下导洞开挖后在下边墙喷射混凝拱顶83号目点。＼龄和2匠0蟛号点竖向位移如图4～7土，并拆除中壁。一一一一一一一0222222所示。2345678OO000O02隧道最终围岩应力与变形分析对比3种开挖方案，其上台阶拱脚相对位移和拱顶沉降U数值如表2所列。表2围岩位移计算结果mm施r步图483号点竖向位移变化益线图一2．10—2，

8、2O3种开挖方式最终洞周围岩第1主应力和第目一2．303主应力的最大值和最小值如表3所列。一2·40表3洞周围岩和的最大值和最小值1O。Pa一2．50’2．60—2．70—2．80施工步图52O号点竖向位移变化曲线图1．5O计算结果显示：1．0O§0．50(1)从控制最终位移的角度来说，方案三位0．00移最大，其拱脚位移大于前2种方案l7以上，_0．50最高达32；方案三的拱顶沉降也大于方案二*一1．007和方案