基于隧道最大开挖进尺的支护时机研究.pdfVIP

明章等： 于隧道最大开挖进尺的支护ul,机研究 13l · 冻土与地基基础 · 基于隧道最大开挖进尺的支护时机研究 单明章 ，姚剑雄 ，吴明白 ， 陶 梅 (1．河海大学力学与材料工程学院． 南京 210098；2．南京市公安局交通管理局。 南京 210098) 摘【 要】 利用有限元软件ABAQUS对圆形截面隧道开挖过程进行模拟，采用三维弹塑性有限元模型计算 隧道围岩位移 ，根据规范和工程类比法确定最大开挖进尺，从空间效应角度，提出将最大开挖进尺定围岩的最佳 支护时机 ，使隧道的施工更加高效、有序。 【关键词】 隧道；有限元计算；支护时机 【中图分类号】 TU942 【文献标识码】 B 【文章编号】 1001—6864(2014)04—0131—02 在隧道的开挖和支护过程中，由于围岩本身有一 定的 自稳能力，同时，围岩的变形收敛也需要一定的 时间，所以开挖掌子面与支护面会有一定的距离 ，即 开挖进尺…。而开挖与支护是两种不 同的工序 ，所需 的机械和材料也不尽相同，如果在保证洞室围岩稳定 的前提下，让开挖进尺 取最大值，就可使开挖和支护 两项工作同时进行，互不干扰 ，从而使隧道的施工更 加高效、有序。 1 分析方法 本节拟采用数值方法，通过三维有限元分析研究 复杂条件下的地下洞室开挖问题，建立洞室开挖模 型，计算开挖后洞周位移值，并绘出洞周位移与开挖 进尺的关系 一 曲线，根据 GB50086—2001《锚杆喷 射混凝土支护技术规范》拉、DL／T_5099—1999《水工 图l基于最大开挖进尺L的支护时机分析流程图 建筑物地下开挖工程施工技术规范》口及工程类比 由面 1，和距洞口10m处监测面2’，每个监测断面取 法，确定最大开挖进尺 ，从空间效应角度以最大挖进 四个位移监测点，监测点分布图见3，A为洞顶测点， 尺 定为最佳支护时机。图L为基于最大开挖进尺 ￡ B、c分别为左右测点，D为洞底测点。 的支护时机分析流程图。 2 工程概况 设有一洞径为 12m的圆形截面地下洞室，埋深 350m。HI类围岩弹性模量为E=10GPa，泊松比为 = B C 0．25，凝聚力 c=0．698MPa，内摩擦角为 =45．57。。 围岩屈服准则采用扩展的Drueker—Prager模型，其参 D 数由可通过凝聚力c和内摩擦角 转化而来 。 建立的有限元模型如图2所示，计算范围从洞壁 图2三维有限元模型图 图3监测面测点分布图 向外各取6倍洞径。 方向为洞轴线方向，采用全断 面开挖方式，在垂直于 ：方 向两个边界面施加z向水 3 计算结果分析 平约束，在垂直于Y方向模型底部边界面施加Y向约 经过有限元计算 ，隧洞开挖40m后 ，隧洞洞周围 束和 向约束 ；在模型顶部和垂直于 向的两个边界 岩产生位移 ，图4、图5分别为 1面A点和2面A点的 面上施加 15MPa的均匀面力，均为压，并且不计体力 位移与开挖进尺的 一 曲线，图6、图7分别为l面 影响。 B—C点位移相对值和2面B—C点位移相对值。 在沿洞轴线方向取两个监测断面，分别为洞 口自 由图4和图5可见，洞周围岩的位移在开挖进尺 [基金项目] 国家自然科学 金 132 低 温 建 筑 技 术 2014年第