隧道开挖与支护的研究

《隧道开挖与支护的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、隧道开挖与支护的研究言志信，史盛，刘灿，党冰(兰州大学土木工程与力学学院，兰州730000)摘要：运用FLAC3D研究了隧道分步开挖与支护过程中的力学行为，得到隧道在无支护和初期支护作用下围岩的塑性变形情况。结果表明，若对隧道进行初期喷锚支护时对锚杆施加大小为当围岩塑性区消失时的预应力，能有效抑制隧道围岩的进一步破坏。关键词：隧道工程；塑性变形；支护RESEARCHONEXCAVATIONANDSUPPORTOFTUNNELYANZhixin,SHISheng,LIUCan,DANGBing(SchoolofCivilEngineeringandMechanics.LanzhouUnivers

2、ity,LanZhou730000)Abstract:Themechanicalresponseofexcavationandsupportisstudiedusingthethree―imensionalfastLagrangiananalysisofcontinuamethod.Gettheplasticdeformationofsurroundingrockunderthecaseofsupportingandthecasethatwithoutsupporting・Theresultshowsthatiftheanchorexerttheprestresstotheextentthat

3、theplasticzoneoftunnelisdisappeared.Thismethodcanfurtherinhibitthedestructionofthesurroundingrock.Keywords:tunnelingengineering;plasticdeformation;support1引言铁路和公路在我国经济建设中发挥着越来越重要的作用。随着经济的高速发展，対铁路和公路的建设也提出了更高的要求，我国是一个多山的国家，为了缩短交通里程，国家在山区的铁路和公路建设中大多采用隧道的方案。对隧道支护的研究方法有：工程类比法、解析法、物理模拟法和数值模拟法。工程类比法在精度方面远

4、远达不到工程的要求。文献

5、1〜3］用解析方法対隧道支护的力学作用机理进行了研究，但隧道圉岩的材料性质和隧道形状都是理想状态。文献［4］用物理模拟法來研究嗣室围岩的稳定性。由于隧道围岩材料较其它工程材料更加的复杂，它在廿挖过程屮受到的了扰动，再加之复杂地质环境的作用和模型在尺度上大比例的缩小，物理模拟结果和实际相差较大。随着计算机技术的快速发展，对隧道支护的研究主要采用数值模拟方法b0隧道开挖后由于发生了应力重分布而引发的洞室变形，实际上是一个长期的过程。围岩在变形过程中，不仅岩体的形状和内部结构不断发生变化，应力状态也随之不断调整，并引起能量的积存和释放等效应应力在释放过程屮会在洞壁产生释放荷

6、载，在这种荷载的作用下，隧道围岩会产生渐进性的破坏，如果在支护过程中不能够有效地制止这种释放荷载，就会最终导致隧道产生较大的变形破坏，从而影响隧道的正常运营。隧道开挖后其洞壁周围会产生一定的塑性区，塑性区的消失要通过支护力来实现。本文通过理论计算得出隧道围岩塑性区消失时支护力的大小。此支护力通过初期喷锚支护过程中锚杆的预应力来实现。再通过FLAC3D来模拟支护前后隧道围岩的力学性质。从而为其它隧道设计和施工提供一定的依据。肚金项H：高等学校博士学科点专项科研加金资助课题(20090211110016)＞云南省交通厅科技项H(云交科2010(A)06-b)作者简介：言志信夂1961-),男，教授

7、，主要研究方向：边坡工程、地下工程、爆破工程.E-mail:yzxl0@163.com2隧道开挖及支护过程的计算当存在地应力时，隧道在开挖过程中会产生应力重分布，这就使得隧道围岩产生塑性区。在分析过程屮隧道可视为无限体屮横断面不变的长洞，隧道的长度相比于隧道的直径足够大，故可将问题转化为平面应变问题。假定在均质各向同性的岩体屮开挖圆形隧洞，岩体内聚力为c,内摩擦角为°,初始地应力为皿侧压力系数为1,初期支护的力为八隧洞无限长，其内径为门，塑性区半径为力。此时对隧洞的弹塑性分析看做一个轴对称问题，当体力忽略不计时，应力满足平衡方程：——+比&（1）drr在隧道围岩塑性区内的应力述必须满足屈服条件

8、，屈服条件采用Mohr-Coulomb准则：=cfMtann（2）当（2）式用主应力表示，且仃=心心=仇时，屈服条件就为(14-sinn)fr(1将(3)式代入平衡方程(1)式时有drr(1sinfl)sinII)IV=2ccosll2ccosnr(1sinfl)求解微分方程（4）得仁二ccotH+ar2sinn1sinll代入边界条件（。「）E=p解出常数a得到(p+Ccot2sin口FIX-