基于ANSYS模拟分析合理确定隧道开挖支护方案

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1、第37卷，第4期公路工程Vo1．37，No．42012年8月HighwayEngineeringAug．，2012基于ANSYS模拟分析合理确定隧道开挖支护方案王明明，罗建军，刘汉宏‘(1．湖南省交通规划勘察设计院，湖南，长沙410008；2．湖南省高速公路投资集团有限公司，湖南，长沙410003)[摘要]本文运用有限元分析软件ANSYS模拟隧道围岩开挖支护受力状态，对隧道围岩开挖支护结构的位移、弯矩、应力等进行计算分析，合理确定隧道开挖、支护施工技术方案，优化隧道支护结构设计，降低其建设成本。[关键词】ANSYS；隧道；位移；弯矩；应力；开

2、挖；支护；方案[中图分类号】U455．7[文献标识码]A[文章编号]1674—0610(2012)04—0155—05ReasonablyDetermineTunnelExcavationandSupportingProgramBasedonANSYSSimulatedAnalysisWANGMingming，LUOJianjun，LIUHanhong(1．HunanProvincialDesignInstituteofCommunications，Changshahunan，410008，China；2．HunanProvincialHig

3、hwayAuthority，Changshahunan，410003，China)[Abstract]Thepapersimulatesthestressstateoftunnelsurroundingrockexcavationandsupport-ingstructureusingfiniteelementanalysissoftwareANSYS，calculatesandanalyzesdisplacement、bendingmoment、stress，etc．oftunnelsuroundingrock’Ssupportingstr

4、ucture，rationallydeterminesconstructiontechnologyprogramfortunnelexcavationandsupporting，optimizesthestructuraldesignoftunnelsupport-ingstructure，reducesitsconstructioncosts．[Keywords]ANSYS；tunnel；displacement；bendingmoment；stress；excavation；supposing；program通常大多数隧道施工凭经验和工程

5、类比等方则。该屈服准则对Mohr．Coulomb准则给予近似，以式，采用冒险或保守的隧道开挖支护方案组织施工，此来修正Von·Mises屈服准则，其屈服面不随材料存在较多的施工安全隐患和工程材料浪费等。对的逐渐屈服而改变，同时考虑了由于屈服而引起的此，笔者结合贵州省六盘水市某高速公路Ⅳ级围岩体积膨胀，因此适用于岩土、混凝土和土壤等颗粒状隧道，以地层结构法为基础，运用有限元分析软件材料。Drucker-Prager屈服准则的等效应力公式为：lANSYS模拟隧道施工实际开挖支护的力学状态，分r●一12析初支、锚杆等结构设计，实测施工数据，动态跟踪

6、=3fltr+lk÷—{s)【M】{s)JI‘控制，及时优化施工工艺，指导隧道施工。式中：or是静水压力，p是材料常数。②在数值计算中，选用的围岩为Ⅳ级围岩，岩1模型的建立体、初支、锚杆的计算参数见表l。①以隧道支护结构的二维平面模型为例：隧道衷1计算参数表Table1Calculatedparameterstable内轮廓采用三心圆结构，拱顶半径545cm，边墙半径795cm，仰拱半径1500cm。为消除边界效应的影响，水平方向总长度取120m，竖直方向总高度取120m，隧道洞顶土体厚度取50m，隧道结构处于模型的中心。采用岩土材料的Dru

7、cker-Prager屈服准【收稿日期】2012．07一l0[作者简介】王明明(1981一)。男。山西洪洞人。硕士，_T程师，主要从事岩土、隧道方向的研究与设计。l58公路工程37卷锚杆长度的变化对锚杆最大拉应力、初支受力及围岩受力影响甚微，可见在岩体结构相对完整的围岩中一味的加长系统锚杆的长度只会造成材料的极大浪费，一般取3m左右即可保证支护结构安全。b．开挖上台阶及最终开挖完毕后拱脚部位初支的横向位移、轴力、弯矩、剪力、正截面最大压应力、拱脚处岩体的等效应力都是最大的，拱顶处Y方向位移、锚杆拉应力相比其他部位是最大的，但绝对图l1岩体等效

8、应力图数值并不大。可见，开挖上台阶时拱脚处一定要开Figure11equivalent$

9、rcssofrock挖圆顺，切勿出现应力集中，应特别做好拱脚部位的仅开挖下