浅埋暗挖黄土隧道施工过程数值模拟分析.pdfVIP

铁 道 建 筑 2010年第 8期 RailwayEngineering 81 文章编号 ：1003．1995(2010)08-0081-03 浅埋暗挖黄土隧道施工过程数值模拟分析 郭 健 ，王起才 ，唐述林 ，赵 侃 (1．兰州交通大学 土木工程学院，兰州 730070；2．中铁二十一局集 团公司，兰州 730000) 摘要：采用有限元数值分析方法对新宝塔山隧道 浅埋段施工过程进行模拟 ，得到开挖过程 中每一步围岩 的位移场、应力场、塑性 区的变化 以及 支护结构的 内力。通过对计算结果的分析对隧道施工过程 中围岩 的状态进行预测，进而指导施工方案、支护方法、开挖顺序的确定，同时通过对支护结构 内力的分析判断 其设计参数是否合理可行。分析结果表明：隧道开挖过程地面沉降量较大，拱脚会 出现较大塑性 区，支 护结构 内力均较小，支护结构设计参数选择是合理的。 关键词：黄土隧道 浅埋暗挖 施工过程 地表沉降 数值模拟分析 中图分类号：U455．4 文献标识码 ：B 在隧道施工 中，由于隧道的开挖将造成土体应力 工点范围内分布着黏 (砂)质黄土 ，其湿陷类型主要为 重分布，因此在一定的岩土环境中，隧道的开挖方式对 非 自重 ，湿陷等级 I～Ⅱ级 ，湿陷土层厚度约为 10m。 隧道围岩稳定性及地表沉降影响很大 。同时 ，由于 隧道 由Ⅲ、Ⅳ、V级三种围岩组成 ，V级 围岩区段埋深 隧道施工方法不当而造成的隧道坍方、地表坍陷等事 较小 ，属于浅埋隧道。围岩除少量红黏土外 ，大部分为 故也是时见报道 ，这不但影响工期，还会增加成本，造 页岩夹砂岩层 ，整个 隧道浅埋段 V级 围岩长 500m。 成不 良的社会影响。对隧道的施工而言，不同的开挖 设计中V级围岩拟采用环形开挖预 留核心土法施工。 顺序 ，在时空上相 当于荷载以不同的方式施加在 围岩 隧道开挖洞径宽B=8．48m，洞高H=10．52m。其设 上 。尤其对于浅埋隧道 ，上覆土层厚度较小 ，若 围 计支护结构主要参数为 ：622系统砂浆锚杆，长度 2．5 岩比较松散且 自承能力差时 ，隧道开挖将会引起很大 m，间距 1．2mX1．2m；4,8钢筋 网，间距 25cm ×25 的地表沉降，往往造成周边建筑物基础下沉、倾斜甚至 em；I：。格栅钢拱架 ，纵 向间距 1．2m；喷射混凝土强度 导致结构倒塌。因此在隧道施工前用数值模拟方法预 等级为 C25，厚度 10cm；二次衬砌为钢筋混凝土，混 测隧道施工过程中围岩 的应力场和位移场的变化 ，地 凝土强度等级为 C25，厚度40cm。 表沉降范围和沉降量的大小 ，根据计算结果结合工程 2 数值模型与计算方案 经验指导开挖方法 、支护方式及支护 时机的确定 J。 本文对新宝塔山隧道浅埋段的施工过程进行 了详细数 根据新宝塔山隧道 V级围岩洞身段 的地质条件， 值模拟与分析 ，分析结果对指导施工起到很大的帮助 选取三个埋深较浅的断面进行分析计算 (由于篇幅所 作用。 限，此处只列 出一个断面 的计算结果)。将实际断面 经过适当的简化 ，建立如图 1所示的有限元计算模型。 1 工程概况 模型水平方 向从隧道边墙起取 4B(B为隧道开挖宽 新宝塔山隧道位于陕西省延安市境 内，地处陕北 度)作为计算范围，竖直方 向上边界取至地表 ，向下从 黄土高原梁峁沟壑 区。地表植被一般 ，第 四系覆盖层 仰