三台阶七步法和三台阶五步法施工数值模拟对比分析.doc

三台阶七步法和三台阶五步法施工数值模拟对比分析 一、工程概况： 该工程位于甘肃省岷县县城东边。隧道于洮河右岸岷县奈子沟村东侧山坡（DK201+820）进洞，在岷县正龙骨料饲料厂后山坡（DK206+955）出洞。隧道全长5135m。该隧道为双线隧道，该模拟分析方法以DK202+390～DK202+535段炭质板岩层隧道开挖及初期支护、二次衬砌施工为模拟对象，研究区段以炭质板岩为主要岩层，该岩层夹于二叠系下统板岩、砂岩层中。灰黑色，板理极发育，薄片－薄层状，岩质极软，节理极发育。 围岩、锚杆、钢拱架、初支喷砼、二次衬砌分别采用莫尔-库仑模型、杆单元、梁单元、板单元进行模拟。在分析过程中，采用七步开挖法、五步开挖法两种不同的开挖支护方法进行施工模拟。 二、模型 模型总体尺寸为： 模型大样图 七步开挖法示意 五步开挖法示意 锚杆单元划分图 钢拱架单元划分图 喷砼网格划分图 二次衬砌网格划分图 短台阶七步开挖法步序图 短台阶五步开挖法步序图 三、材料参数 材 料 弹性模量（N/m2） 泊松比 密 度 (N/m3) 粘聚力（N/m2） 内摩擦角（。） 侧压力系数 炭质板岩 2×108 0.45 17000 50000 10 1.0 喷砼 2.8×1010 0.2 24000 — — — 二衬砼 3.15×1010 0.2 25000 — — — 锚杆 2×1011 0.3 78500 — — — 20#钢拱架 2×1011 0.3 78500 — — — 四、计算结果 4.1竖向位移 1部开挖9m后竖向位移（7步开挖法） 1部开挖9m后竖向位移（5步开挖法） 4部开挖贯通后竖向位移（7步开挖法） 2部开挖贯通后竖向位移（5步开挖法） 5部开挖贯通后竖向位移（7步开挖法） 3部开挖贯通后竖向位移（5步开挖法） 二次衬砌浇筑后竖向位移（7步开挖法） 二次衬砌浇筑后竖向位移（5步开挖法） 4.2围岩应变 1部开挖9m后围岩应变（7步开挖法） 1部开挖9m后围岩应变（5步开挖法） 4.3围岩最大主应力 1部开挖9m后围岩最大主应力（7步开挖法） 1部开挖9m后围岩最大主应力（5步开挖法） 4部开挖贯通后围岩最大主应力（7步开挖法） 2部开挖贯通后围岩最大主应力（5步开挖法） 5部开挖贯通后围岩最大主应力（7步开挖法） 3部开挖贯通后围岩最大主应力（5步开挖法） 二次衬砌浇筑后围岩最大主应力（7步开挖法） 二次衬砌浇筑后围岩最大主应力（5步开挖法） 4.4锚杆内力 5部开挖贯通后Y=1.5m断面锚杆内力（7步开挖法） 3部开挖贯通后Y=1.5m断面锚杆内力（5步开挖法） 4.5钢拱架内力 二次衬砌浇筑后Y=0.5m断面钢拱架MY图（7步开挖法） 二次衬砌浇筑后Y=0.5m断面钢拱架MY图（5步开挖法） 4.6初支喷砼应力 1部开挖9m后初支喷砼应力（7步开挖法） 1部开挖9m后初支喷砼应力（5步开挖法） 4部开挖贯通后初支喷砼应力（7步开挖法） 2部开挖贯通后初支喷砼应力（5步开挖法） 5部开挖贯通后初支喷砼应力（7步开挖法） 3部开挖贯通后初支喷砼应力（5步开挖法） 二次衬砌浇筑后初支喷砼应力（7步开挖法） 二次衬砌浇筑后初支喷砼应力（5步开挖法） 4.7二次衬砌应力 二次衬砌浇筑后衬砌内力（7步开挖法） 二次衬砌浇筑后衬砌内力（5步开挖法） 4.8关键部位围岩位移变形 1