大断面小净距市政隧道施工过程变形行为研究.pdf

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1、器轨道交通与地下工程TrackTraffic＆UndergroundEngineering大断面小净距市政隧道施工过程变形行为研究王柏林1。蔡子勇2(1．泉州台商投资区城市建设发展有限公司，福建泉州362122；2．湖南科技大学，湖南湘潭411201)摘要：以福建省泉州市高山岩2号和3号(东西侧主线)隧道为研究背景，采用有限元分析软件对大断面小净距隧道开挖过程中围岩变形进行模拟。研究表明：大断面小净距隧道在不同的工况下围岩变形不同，且对拱顶沉降的影响大于周边收敛，隧道开挖的先后顺序不同对围岩周边的

2、扰动影响区域也不同。根据数值模拟分析结果可为该类隧道施工选择合理的开挖施工方法及施工顺序，以确定最优开挖方案。关键词：大断面；小净距：隧道施工；围岩变形中图分类号：U456．31文献标志码：B文章编号：1009—7767(2015)03一0084—04OnDeformationBehaviorofLargeSectionMunicipalTunnel研thSmallSpaceinConstructionProcessWangBolin，CaiZiyong随着我国交通运输量的急剧增长，车道数量的不断

3、增多。为解决分离式隧道最小净距要求所带来的展线不灵活、占地面积大、高边坡等突出问题，大断面小净距隧道不断涌现⋯。由于该类隧道具有断面面积大，扁平率高，两隧道间相互影响大，同时该类隧道工程施工具有分期、分步开挖，逐步形成洞室的特点，加之隧道围岩非线性力学特性，开挖导致主体结构及围岩力学状态为不可逆的非线性演化过程[21。大断面小净距隧道支护结构的受力特性及围岩的稳定性均较为复杂．并与施工方法的选择和施工顺序的选用息息相关．对隧道开挖之间的相互影响等诸多问题还缺乏研究。笔者在隧道施工前对大断面小净距隧

4、道开挖过程中围岩的变形进行模拟。选择合理的开挖施工方法及施工顺序，以确定最优开挖方案，对于该类隧道施工过程的质量与安全有着十分重要的应用意义。1工程概况高山岩隧道主线采用上下行分离式、双向8车道布置，其中2号隧道全长258m，3号隧道全长259m，两者宽17．6m，最小净距约12m，为典型的大断面小净距市政隧道。同时在路线东西两侧各设1条辅线隧道。隧道平均埋深约40m，最大埋深约45．60m。洞El少量围岩为强、中风化花岗岩，围岩级别以V、Ⅳ级为主：主体洞身围岩主要为微风化花岗岩，围岩级别以84啼

5、荭投木2015No．3(May)V01．33Ⅱ级为主。2号和3号隧道横断面图见图1。2参数选取及模型建立2．1参数选取通过场地勘探、取芯进行室内试验，最终选取的围岩力学参数见表1。表1围岩力学参数带罨謦爹“

6、岩性岩体质攀弩髟泊松弹性模帮誉枣，内摩擦“誊缓瓣j攒述(k∥瞧囊j二比璧／GPa艇赣：角，(。)-Ⅱ蓑嚣篓27．。毗6．。t．5s。考虑喷射混凝土的流变性、隧道开挖不光滑等因素，初支喷射混凝土材料力学参数取值见表2。表2初支喷射混凝土材料力学参数2．2模型建立根据高山岩隧道的地质情况，数值模拟

7、分析选取Ⅱ级围岩段．通过对岩土塑性理论及岩土体本构关系等基本假定，利用有限元软件对隧道开挖过程围岩变轨道交通与地下工程器TrackTraffic＆UndergroundEngineedng图12号和3号隧道横断面图(Cm)形进行数值模拟，其中土体采用“实体”单元模拟，初支采用“板”单元模拟；隧道埋深40m，隧道净距12m，隧道纵向取30m作为研究长度。隧道每次掘进长度为3．0m；地表为自由边界，其余均是外表面弹性支承约束法向位移，在隧道横断面方向上取2倍的洞径，垂直方向在拱底以下取2倍洞径，拱顶取

8、实际埋深；由于计算范围较大，网格划分在保证精度的条件下，按尽量减少单元数量的原则进行，并对局部加固区进行细化【31。其计算模型见图2、3。Il，＼姗黔～

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13、图23号洞计算模型图￥∥——狻‘砖鼍≤嚣——rK瓣粥《，懈；秘1一了1■年燧凳冀撄镜Hl—r{、一掘辞玉一～岛辩

14、、飞～1＼图32号和3号洞计算模型图2．3模拟方法隧道采用台阶法开挖，分上下2个台阶。与隧道开挖的施工工艺相对应。隧道围岩的模拟以开挖前为初始状态，对台阶开挖的3个工况进行模拟计算，通过对

15、比每一工况下的围岩变形，从而确定隧道的最佳开挖方法，详见表3。2．4不同工况下围岩变形数值模拟不同工况下围岩变形数值模拟计算结果见图4～9。2015年3_(5一)第33．t-辛荭投客85器轨道交通与地下工程TrackTraffic&UndergroundEngineering表3隧道开挖模拟方法模羧正况开挖方法工况l3号隧道(右洞)开挖工况22号和3号隧道(左、右洞)同时开挖工况32号隧道(左洞)开挖完后再开挖3号隧道(右洞)D怙PLA'：EMENTDXIJNIT[mml函j+Ⅲ4