不同跨度隧道施工力学行为研究.pdf

公路隧道 2013年第 2期(总第 82期) 不同跨度隧道施工力学行为研究 万明富 张兆杰 (1辽宁省交通规划设计院 沈阳 110166； 2四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院 成都 610041) 摘 要 基于相同地质条件下，对不同跨度隧道采用台阶法施工的全过程进行了数值模拟，得出了不同跨度隧道 围岩的施工力学行为，据此提出不同跨度隧道施工过程中降低风险的有效措施。 关键词 跨度 隧道 施工 力学行为 数值模拟 数表见表 1、选取Ⅳ级围岩深埋段断面进行数值分 1 引言 析。隧道断面上考察点如图1所示 。 隧道跨度决定了隧道施工的难易程度，跨度越 大，施工难度越大。但是，不同跨度的隧道，围岩与 支护结构的受力趋势是否一致，需要深入研究。为 此，有必要对不同跨度隧道在相同地质条件下的施 工过程进行数值分析，来判断不同跨度隧道施工过 程中的风险点是否一样，确定常规跨度隧道的经验 教训是否可以直接指导大跨度隧道的建设。 基于某隧道的Ⅳ级围岩，对不同跨度 (2、3、4车 图 1 隧道观测点位置示意图 道)隧道进行数值分析。各跨度隧道的支护衬砌参 表 1 不同跨度隧道支护衬砌参数表 初期支护 车道数 锚杆 喷射 超前支护 二次衬砌 砼 钢架 2 025X5中空注浆锚杆，长 20cmC25 4022格栅拱架， 2超前锚杆，单根 40cmC25 3．Om，排距 ×环距 1．0×1．Om 钢筋砼 纵距 1．Om 长 4．5m，环距 45cm 素砼 025×5中空注浆锚杆 ，长 20cmC25 I14工字钢拱架 ， ~p22超前锚杆，单根 50cmC25 3 4．Om，排距 ×环距 1．0×1．Om 钢纤维砼 纵距 1．Om 长5．Om，环距 40cm 钢筋砼 025×5中空注浆锚杆，长 26cmC25 I18工字钢拱架 ， (D22超前锚杆，单根 7OcmC25 4 5．5m，排距 ×环距 0．75×1．Om 钢纤维砼 纵距 0．75m 长 5．Om，环距 40cm 钢筋砼 凝聚力C值提高2O ，采用等效方法考虑钢拱架的 2 有限元模型及参数 作用 ～引。 2．1 计算模型 模型计算范围：水平方 向取距隧道 中心 3．5倍 跨度，竖直方向向下取3倍跨度，向上取至地表。有 限元模型的边界条件，除上部为 自由边界外，侧面与 o 底面均为法向约束边界。初始应力场按 自重应力场 考虑。计算模型如图2所示，物理力学参数见表2。 (c)初期支护与临时支护网格 (d)二次衬砌网格 采用 D—P屈服准则作为判据，围岩按均质弹 塑性材料考虑，支护结构按弹性材料考虑。采用杆 单元模拟锚杆，采用梁单元模拟喷射混凝土，采用平 面4节点等参单元模拟围岩和二次衬砌。将超前锚 杆加 固范围内的围岩参数适当提高，来模拟超前锚 (a)整体网格 (b)超前支护网格 杆的加固效果，即令 内摩擦角 值保持不变，而将 图2 有限元模型及网格划分 · ‘