小净距隧道设计中夹岩柱受力状态探究研究

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1、小净距隧道设计中夹岩柱受力状态探究研究【摘要】本文采用有限元模型对不同净距的隧道中间岩柱的受力、变形进行了分析，总结出了不同净距隧道中间岩柱的受力及变形情况，及不同净距隧道开挖过程中特征点应力和位移的变化特点。【关键词】小净距；有限元模型；中间岩柱；受力状态随着我国高等级公路建设的迅猛发展，隧道越来越多地出现在公路建设中。目前在山区高等级公路建设中遇到长度为1000m以下的中、短隧道数量较多，在碰到鸡爪地形时,就会出现隧道群方案，桥隧相连，路线线形布设困难，建造连拱隧道则存在着诸如施工难度大、工序复

2、杂、建设周期长、造价高、结构容易开裂、衬砌漏水等一系列问题。针对这些问题，本文拟提出一种新的设计方法即小净距隧道设计，小净距隧道由于中间岩柱宽度较小，中间岩柱的受力、变形会受到两边隧道开挖的影响，如果盲目地进行加固处理会提髙工程的造价，处理方法不当又难以保证中间岩柱的稳定。本文采用有限元模型对不同净距的隧道中间岩柱的受力、变形进行了分析，总结出了不同净距隧道中间岩柱的受力及变形情况，及不同净距隧道开挖过程中特征点应力和位移的变化特点。1.中夹岩柱加固中夹岩柱预加固的目的主要是为了最大限度地保证中夹岩

3、柱的完整性，以提高开挖过程中围岩的自承自稳能力。当中夹岩柱为4m〜6m时，宜采用25mm的水平对拉预应力锚杆对其进行加固，若地质条件较差，可加设小导管对中夹岩柱进行注浆加固，注浆材料应根据地质条件、地下水情况以及注浆材料的适用性等确定；当中夹岩柱为6m〜15m时，宜采用胀壳式低预应力锚杆（仅内侧加长）进行加固，在地质条件较好时，也可采用普通中空注浆锚杆或砂浆锚杆在内侧（中夹岩柱）加长并进行加固。2.隧道设计双洞小净距隧道是介于普通分离式双洞隧道和连拱隧道之间的一种结构形式，其双洞净距比较小，净间距一

4、般小于一倍隧道开挖洞跨。目前国内双洞小间距隧道净间距的取值一般为5m〜15m,主要采用单、双侧导洞法、超前导洞预留光爆层法等施工方法进行施工。在一般小净距隧道的设计中，由于考虑到双洞间施工的相互影响，因此其设计参数比分离式双洞的设计参数略高。本文以洞身的V级围岩段为例，其他衬砌类型不一一例举。2.1分析模型计算模型分别取净距为14m、8m两种工况进行计算，分析小净距隧道的受力状况。围岩采用实体单元，初衬采用实体壳单元，锚杆采用杆单元，锚杆与围岩问变形协调。模型建立时选取了3〜5倍洞径（3D〜5D）的

5、计算范围，长度方向（Z轴）沿洞轴取60m、宽度（X轴）方向取120ni（含隧道截面及中壁岩柱）、高度（Y轴）方向取70m（含隧道截面3〜5倍洞径）作为本次计算的范围。该模型共划分为近4800个节点、3900个单元。隧洞区域有限元模型见图2-3.2.2计算方案及参数的选取计算主要考察净距改变后，围岩受力的变化规律，因此在计算过程中，先开挖左洞，待左洞开挖完毕后再开挖右洞，并借此考察右洞开挖对左洞的影响。计算中，物理力学参数是在本隧道室内试验资料综合分析的基础上选取的，由于本隧道是以变质粉砂岩为主，因此

6、以该类岩石的物理力学参数值作为计算中的参数。表1围岩及材料计算参考数值2.3计算结果分析计算时，分别列出了各种工况下左洞开挖及左右洞均开挖后的应力云图（见图4-图7）,以及最大应力值及拱顶下沉的变化（见表3）o考虑到空间效应的影响，应力云图及各项取值均取自模型的中间位置。综合应力云图、最大应力值及拱顶下沉值的变化规律，现分析总结如下。开挖后的隧道，总体处于受压应力状态最大应力值位于两侧拱脚处。表2最大应力值及拱顶下沉值列表计算中左洞开挖先于右洞，其开挖后应力状态随净距的变化较小，但对未开挖的右洞存在

7、一定的影响，这种影响随着净距的减小而明显增大，从应力云图来看，当净距等于8m时，左洞开挖将影响到右洞未开挖岩体的应力重分布，因此施工中开挖右洞时应引起重视。从左右洞开挖后的应力云图及最大应力值来看，在本次计算的两种工况条件下，右洞的开挖均对已开挖的左洞产生影响：当净距D=14m时，右洞的开挖将引起左洞的0.1增加1.IMPa,中壁岩柱位置应力重叠部分逐渐加大,其中间位置处的最大应力值达5.26MPa；当净距D=8m时,右洞的开挖将引起左洞的0.1增加1.8MPa,中壁岩柱位置应力重叠部分进一步增加，

8、其中间位置处的最大应力值达6.02MPa„隧道开挖后未产生塑性区，隧道拱顶处的位移，随着净距的减小亦明显加大，通过对其分析可以看出，右洞开挖及净距的变化对隧道的影响规律与3.3.3中分析的结论是一致的。3.小净距隧道开挖注意事项在小净距隧道开挖过程中，随着净距的减小，后行洞的开挖会引起现行洞周边围岩应力的提高。中壁岩柱由于产生了应力重叠区，使得其受力状态处于十分不利位置，特别当隧道间净距减小到8m以后，中壁岩柱中间位置处的应力值将明显增大，在实际工程中应给予高度重视，