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1、浅埋偏压隧道施工过程数值模拟研究周少波1,王伟进1,舒志乐2,王磊3,姚磊1(1.浙江交通工程建设集团有限公司,浙江杭州310051;2.西华大学建筑与土木工程学院,四川成都610039;3.四川省发展和改革委员会,四川成都610021)摘要:近年来随着经济的快速发展,大跨偏压隧道1施工方案模拟在土木工程中应用越来越多。受地质环境影响,大跨隧道由于浅埋偏压大跨隧道洞口施工工序较多,其对围岩常常会处于浅埋、偏压状态。因此,如何利用先进施工技术保证大跨隧道的安全成为工程界普遍关注的问题。本文扰动较大。因此,施工时围岩应力隧道受力情况复杂,选以50省道莲都段路湾隧道偏压段为背景,利用有限元择合理的开
2、挖方案对保证隧道围岩稳定以及保证隧道施工3D软件,对双侧壁导坑法和预留核心土台阶法合理施安全、顺利进行意义重大。路湾隧道洞口段拟采用上述两FLAC工顺序进行模拟分析,得出合理的开挖方法。种施工方法。本文分别对双侧壁导坑法和预留核心土台阶关键词:大跨隧道;浅埋;偏压;双侧壁导坑法;预法在采用不同的开挖顺序时,其拱顶沉降、周边收敛、围留核心土台阶法岩应力变形进行了模拟分析。中图分类号:U451文献标志码:B1.1双侧壁导坑法文章编号:1672-4011(2016)09-0122-03双侧壁导坑法主要考虑的是先挖浅埋侧导坑,还是双DOI:10.3969/.jissn.1672-4011.2016.0
3、9.056侧壁导坑法先挖深埋侧导坑更安全、合理。因此,考虑的0前言对比方案如图3(a)、(b)所示。对于浅埋偏压大跨隧道其洞口段的开挖方法主要有双侧壁导坑法、预留核心土台阶法、CRD法等。对于路湾隧道这类浅埋偏压大跨隧道洞口段,根据设计方要求,拟采取的施工方法为预留核心土台阶法和双侧壁导坑法。因此,本文对上述两种开挖方法都进行了模拟计算分析。其施工开挖模型如图1~2所示。图3双侧壁导坑法两种开挖方案示意图1)拱顶沉降、周边收敛对比分析图4为隧道ZK4+070断面在两种不同方案下拱顶沉降与开挖步的关系曲线图。由图4可以看出,隧道ZK4+070断面先开挖深埋侧导坑的拱顶沉降相对于先开挖浅埋侧导坑的
4、拱顶沉降大,但是方案1和方案2拱顶沉降差别很小。分析原因,在于该图1双侧壁导坑法模型图隧道拱顶上部覆土很少,受拱顶土压力很小,故其拱顶沉降本来就小。浅埋偏压大跨隧道的变形特征主要是由隧道左右侧受土压力不对称导致。因此,采用方案1和方案2对比隧道的拱顶沉降差理论比实际上小。图2预留核心土台阶法模型图作者简介:周少波(1964-),男,本科,浙江杭州人,高级工程师,主要研究方向:公路工程。图4隧道ZK4+070断面拱顶下沉与开挖步关系图通信作者:舒志乐(1976-),男,博士,湖南邵阳人,副教授,主要研究方向:地下结构与无损检测。图5为隧道ZK4+070断面在方案1和方案2施工下,基金项目:教育部
5、春晖计划项目(14206503);西华大学重点基金项目(z1120635)其衬砌水平收敛随开挖步的关系曲线图。·122·通过对比分析上述两种开挖方法的拱顶沉降、周边收敛以及最大围岩应力可以得出如下结论:对于开挖浅埋偏压大跨隧道洞口段采用双侧壁导坑法施工时,先开挖浅埋侧较先开挖深埋侧更合理。1.2预留核心土台阶法与双侧壁导坑法对比预留核心土台阶法也需要考虑的是先挖深埋侧导坑,还是先挖深埋侧导坑更加合理。因此,图5隧道ZK4+070断面水平收敛与开挖步关系图考虑的模拟对比方案分别如图7(a)、(b)所示。由图5可以看出隧道开挖后方案2断面的衬砌水平收敛最大值为1.85mm。隧道ZK4+070断面在
6、方案1开挖后衬砌水平收敛最大值为1.45mm。相比较而言,先开挖深埋侧导坑产生的衬砌水平收敛值较先开挖浅埋侧导坑产生的衬砌水平收敛值大。可见,按照先开挖浅埋侧导坑的方法更加合理。按先开挖深埋侧导坑的双侧壁导坑法引起隧图7预留核心土台阶法两种开挖方案示意图道衬砌左右水平位移值加大,对隧道的围岩稳定较先开挖1)拱顶沉降、周边收敛对比分析。图8为隧道ZK4+浅埋侧不利。070断面在两种不同施工方案下拱顶下沉随开挖步的关系2)开挖完后围岩应力对比分析本文通过对比隧道ZK4曲线图。由图8可以看出:该断面方案3较方案4拱顶沉+070断面采用两种开挖方案开挖完成后,隧道围岩的应力降小,即先开挖浅埋侧导坑较先
7、开挖深埋侧导坑拱顶沉降情况来分析哪一种相对更合理。图6为隧道ZK4+070断面小,但这两种方案差别很小。按照上述两种开挖方案开挖完成后其围岩主应力图。从图6可以看出以下结论:隧道ZK4+070断面按方案1开挖完成后断面的周边围岩在拱顶和仰拱处会出现最大约0.1661MPa的拉应力;在隧道断面的右拱脚会出现最大约0.209MPa的压应力;而隧道ZK4+070断面按方案2开挖完成后,该断面在拱顶和仰拱
