华莲西路小净距隧道双侧壁导坑法动态开挖数值模拟分析

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1、2014年第3期·145·第40卷总第179期SichuanBuildingMaterials2014年6月DOl：10.3969/j.issn.1672-4011.2014.03.060华莲西路小净距隧道双侧壁导坑法动态开挖数值模拟分析吴志峰,蔡海兵(安徽理工大学,安徽淮南232001)摘要:以大断面小净距隧道华莲西路隧道为背景，子项部分。隧道位于龙岩市新罗区陈陂镇的红炭山地块与采用ANSYS有限元程序对该隧道V级围岩双侧壁导坑法施陈陂村之间的山体中,为双向六车道双线隧道。隧道西接工的力学行为进行全过程数值模拟研究。根据模拟结果，三号桥,

2、东至四号桥,为桥隧相连隧道。设计采用小净距对围岩变形、围岩塑性区、衬砌应力及支护结构受力进行隧道方案,分为南北两线,其中南线隧道总长429.82m,研究分析，研究结果表明大断面小净距隧道复杂地层条件北线隧道总长415m。隧道进口南北幅净距约为6.50m,下Ⅳ、V级围岩段采用现有的施工工艺和支护参数是可行出口南北幅净距约为4.90m。的，围岩变形可控，支护效果显著。同时给出了华莲西路隧址区上覆坡积粉质黏土、含角砾粉质黏土、碎石,下伏隧道设计和施工的关键点，具有重要的工程意义和现实意基岩为二叠系童子岩组(P)炭质粉砂岩风化层,另有闪长玢1t义。研究成果可为

3、日后类似工程的设计、施工和研究提供岩脉侵入。进出洞两端为V级围岩(坡残积土、强风化炭质有益的借鉴和参考。粉砂岩、破碎带),隧道中部局部为Ⅳ级围岩(中风化炭质粉关键词:小净距隧道;V级围岩;双侧壁导坑法;动砂岩、闪长玢岩),隧道围岩物理力学性质指标如表1所示。态施工;数值模拟;动态分析表1隧道围岩物理力学性质指标中图分类号:U451文献标志码:B围岩重度γ变形模量泊松比内摩擦角粘聚力级别-3/GPaU50/(°)C/MPa文章编号:1672-4011(2014)03-0145-03/(kN·cm)V18.51.00.42230.0180前言Ⅳ24.04.

4、00.33350.600随着我国交通基础设施建设规模逐渐扩大,越来越多1.2设计与施工方案的高等级公路穿越崇山峻岭,由于受地形、地质条件限制本隧道工程地质条件较差,且线路为桥隧相连,经综以及隧道分建带来的展线困难与占地多等因素的影响,人合比选后确定本隧道采用小净距分修,中间岩柱宽度不小们也越来越多地选择小净距隧道的结构形式。国内现有的于4.0m。V级围岩段结构采用60cm厚C30钢筋混凝土结工程实例表明,在V级围岩情况下,深埋大跨度隧道对地构,防水等级P8。V级加强支护段初期支护采用0.5m/榀表下沉有严格控制时,施工方法宜选用单侧壁导坑法和双钢架+3

5、0cm厚双层网C20喷混凝土进行联合支护;V级支[1]侧壁导坑法,模拟分析得出大断面小净距隧道在控制拱护段临时支护采用0.75m/榀钢架+30cm厚双层网C20喷顶下沉、中间岩柱水平位移以及隧道水平位移方面,双侧混凝土进行联合支护,V级围岩采用大管棚(+超前锚杆)[2-3]壁导坑法优于CRD法和CD法。现场实测表明,大断超前支护后,按双侧壁导坑法(DCD法)施工,先施工左面小净距隧道V级围岩段的破碎带采用双侧壁导坑法施工洞,再施工右洞,如图1所示。Ⅳ级围岩采用超前锚杆支[4]围岩变形和支护结构受力普遍较小,我国对小净距隧道护后,按双侧壁导坑法施工。[5

6、-6]研究起步较晚,规范中的合理参考净距过于保守,通过对不同围岩类别的模拟分析得出V级围岩的合理净距在[7]0.2~0.35B(B表示洞径)之间选择。本文采用反转应力[8]释放的方法,以龙岩市华莲西路(红田路~龙腾路)工程的隧道工程为依托,对双侧壁导坑法开挖下深埋大断面小净距双线隧道洞周围岩和支护结构的变形及受力进行了数值模拟仿真分析,一方面验证复杂地层条件下V级围岩双线隧道的设计支护衬砌参数和施工方法,另一方面为以后类似隧道的设计与施工提供依据。图1隧道V级围岩双侧壁导坑施工1工程概况2数值模拟1.1地形与地质本工程为华莲西路(红田路~龙腾路)工程的

7、隧道工程2.1反转应力释放采用邓肯(J.M.Duncan)等提出的“反转应力释放法”对作者简介:吴志峰(1990-)，男，河南方城人，在读硕士研究生，主要研究方向:隧道和地下结构工程。隧道围岩进行模拟开挖,围岩双侧壁导坑法施工的力学行通信作者:蔡海兵，硕士生导师，副教授。为数值模拟过程中,应力释放率按表2选取。·146·2014年第3期2014年6月SichuanBuildingMaterials第40卷总第179期表2隧道施工应力释放率％形控制。总应力释放率隧道开挖初期支护二次衬砌ANSYS10.0ANSYS10.0AVGELEMENTS

8、OIAVGELEMENTSOITIME=18100102070UX(AVG)UY(AVG)DM