浅埋连拱隧道施工变形与受力特征模拟分析

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1、机械＆施工技BridgeandTul1丌clMachinerv＆ConstructionTechnologyR■1M■■■C●●M■■■浅埋连拱隧道施工变形与受力特征模拟分析SimulationAnalysisofDeformationandStressCharacteristicsofShallowDouble—archTunnel姚红志，胡晓勇，仇玉良YAOHong—zhi，HUXiao—yong，QIUYu—liang中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西西安71()()75CCCCFirstHighwayConsultantsCo．Ltd．，Xi’an7

2、10075．Shaanxi，China【摘要】对v级浅埋连拱隧道进行三维数值模拟分析，建立了详尽的接近实际的计算模型．按等效原贝I确定支护结构计算参数，并得出结论：开挖卸载对沉降和围岩应力重分布有较大影响，初期支护和I'~B-,J支护对沉降的控制效果明显，而受开挖卸载的影响主要集中在1／3倍洞径范围内，连拱隧道的中墙在施工中会有很小角度的整体偏转，产生较大压应力。【Abstract】3Dnumericalsimulationanalysisofshallowdouble—archtunnelisconductedwithdetailedandrealis—ticm

3、odel，andthecalculationparametersaredeterminedbyprincipleofequivalence．Theresultsshowthat：exca—vationaffectsdeformationandstressre—distributionsignificantly；initialandtemporarysupportingstructurecancontroldeformationeffectively；theinfluenceisintherangeofathirdradius；themiddle—-walldefl

4、ectsasmallan·-gleasawholeduringconstructionandthecompressivestressislargeinmiddle—wal1．【关键词】连拱隧道；数值模拟；变形；应力【Keywords】double—archtunnel；numericalsimulation；deformation；stress中图分类号：U451文献标志码：B文章编号：1000-033X(2010)12-0073-040弓I言本文针对该隧道围岩自稳能力极差、断面跨径较大等不利因素，对隧道进口段地面山体进行立体化仿真模规划筹建的定边至汉中高速公路f

5、简称“定汉线”)是拟，详细建立接近实际的围岩地质模型．对隧道支护设计陕西省“2637”高速公路规划网中三条南北纵线之一。宝参数及施工方法进行Fl∽3D三维数值模拟分析．揭示该鸡至汉中(陕川界)高速公路为定汉线的一段，项目规划隧道特定地质条件下围岩和支护结构的的变形和受力特的推荐线K33l+800～K332+015段为连拱隧道，隧道最大征，总结出V级浅埋连拱隧道施工过程的开挖影响范围．埋深约为35m，全段均属于V级浅埋特征。为设计和旌工提供合理的科学依据目前．国内外在连拱隧道围岩变形与应力分布、结构受力等方面采用数值模拟、理论分析、现场监测多种手段1$t-算模型建立

6、开展了大量研究工作，取得了一定的研究成果]。但由于各地地形、地质条件差异，在以数值分析为主要手段的模型地表山体的建立，以实际地形等高线为基础．提研究案例中，大多数值模型不足以反映真实的地质特征，取网格节点坐标生成。计算时需要进行简化处理：计算参数的确定方式不够精计算模型平面范围，隧道左、右边墙至边界各取3倍细，由设计参数转化数值计算所需参数的方法有待进一的洞径长度以尽量减小边界约束对计算结果的影响．总步改进。因此，由此得来的计算结果或经验尚不具普遍指长为196m；隧道深度方向上边界为地面，仰拱至下边界导意义，在特定地质条件下，双连拱隧道设计参数选取及距离为5倍洞径

7、，约为50Il。隧道纵向取进口段80in范施工方案确定须进行严密的计算分析围。模型上表面(即地面)为自由面，其余表面均施加法向桥隧机械&施工技术BridgeandTunnelMachinery&ConstructionTechnology约束。模型共有42882个节点和39580个单元，三维计算模型如图1所示。侧导洞超前主洞上台阶16m图1三维计鼻模型计算采用三维弹塑性分析，围岩材料采用Mohr—Coulomb(摩尔一库仑1模型，喷射混凝土、中隔墙及二次衬侧导洞超前主洞上台阶I6m砌采用Elastic(弹性)模型，管棚及小导管以Beam(梁)单元图2施"1-步骤模

8、拟，锚杆以