三台阶七步法和三台阶五步法施工数值模拟对比分析

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1、三台阶七步法和三台阶五步法施工数值模拟对比分析一、工程概况：该工程位于甘肃省岷县县城东边。隧道于洮河右岸岷县奈子沟村东侧山坡（DK201+820）进洞，在岷县正龙骨料饲料厂后山坡（DK206+955）出洞。隧道全长5135m。该隧道为双线隧道，该模拟分析方法以DK202+390～DK202+535段炭质板岩层隧道开挖及初期支护、二次衬砌施工为模拟对象，研究区段以炭质板岩为主要岩层，该岩层夹于二叠系下统板岩、砂岩层中。灰黑色，板理极发育，薄片－薄层状，岩质极软，节理极发育。围岩、锚杆、钢拱架、初支喷砼、二次衬砌分别采用莫尔-库仑模型、

2、杆单元、梁单元、板单元进行模拟。在分析过程中，采用七步开挖法、五步开挖法两种不同的开挖支护方法进行施工模拟。二、模型模型总体尺寸为：模型大样图23七步开挖法示意五步开挖法示意锚杆单元划分图钢拱架单元划分图喷砼网格划分图二次衬砌网格划分图23短台阶七步开挖法步序图短台阶五步开挖法步序图三、材料参数材料弹性模量（N/m2）泊松比密度(N/m3)粘聚力（N/m2）内摩擦角（。）侧压力系数炭质板岩2×1080.451700050000101.0喷砼2.8×10100.224000———二衬砼3.15×10100.225000———锚杆2×1

3、0110.378500———20#钢拱架2×10110.378500———23四、计算结果4.1竖向位移1部开挖9m后竖向位移（7步开挖法）1部开挖9m后竖向位移（5步开挖法）234部开挖贯通后竖向位移（7步开挖法）2部开挖贯通后竖向位移（5步开挖法）235部开挖贯通后竖向位移（7步开挖法）3部开挖贯通后竖向位移（5步开挖法）23二次衬砌浇筑后竖向位移（7步开挖法）二次衬砌浇筑后竖向位移（5步开挖法）234.2围岩应变1部开挖9m后围岩应变（7步开挖法）1部开挖9m后围岩应变（5步开挖法）234.3围岩最大主应力1部开挖9m后围岩最

4、大主应力（7步开挖法）1部开挖9m后围岩最大主应力（5步开挖法）234部开挖贯通后围岩最大主应力（7步开挖法）2部开挖贯通后围岩最大主应力（5步开挖法）235部开挖贯通后围岩最大主应力（7步开挖法）3部开挖贯通后围岩最大主应力（5步开挖法）23二次衬砌浇筑后围岩最大主应力（7步开挖法）二次衬砌浇筑后围岩最大主应力（5步开挖法）234.4锚杆内力5部开挖贯通后Y=1.5m断面锚杆内力（7步开挖法）3部开挖贯通后Y=1.5m断面锚杆内力（5步开挖法）234.5钢拱架内力二次衬砌浇筑后Y=0.5m断面钢拱架MY图（7步开挖法）二次衬砌浇筑

5、后Y=0.5m断面钢拱架MY图（5步开挖法）234.6初支喷砼应力1部开挖9m后初支喷砼应力（7步开挖法）1部开挖9m后初支喷砼应力（5步开挖法）234部开挖贯通后初支喷砼应力（7步开挖法）2部开挖贯通后初支喷砼应力（5步开挖法）235部开挖贯通后初支喷砼应力（7步开挖法）3部开挖贯通后初支喷砼应力（5步开挖法）23二次衬砌浇筑后初支喷砼应力（7步开挖法）二次衬砌浇筑后初支喷砼应力（5步开挖法）234.7二次衬砌应力二次衬砌浇筑后衬砌内力（7步开挖法）二次衬砌浇筑后衬砌内力（5步开挖法）234.8关键部位围岩位移变形23232323