当家湾双连拱隧道施工中隔墙数值模拟分析.pdfVIP

李学东等：当家湾双连拱隧道施工中隔墙数值模拟分析 ·121· 当家湾双连拱隧道施工中隔墙数值模拟分析 李学东 陈建平 (1，中国地质大学 (武汉)工程学院 湖北武汉 430074；2，江苏苏州地质工程勘察院 江苏苏州 215129) 摘 要 在连拱隧道施工中，中隔墙至关重要。中隔墙上方作用荷载大小，不仅关系着连拱隧道 在施工期间结构的安全，还直接影响工程造价以及隧道建成后衬砌结构的长期安全性。文中以十漫高 速公路 当家湾双连拱隧道为工程背景，采用有限差分软件 FLAC ，对双连拱 隧道三导洞法各主要施 工阶段中隔墙的应力和变形进行分析，研究中隔墙的稳定性。 关键词 双连拱隧道 中隔墙 数值模拟 0 前言 1．2 力学参数的选取 连拱隧道是随我国公路建设的迅速发展而提出的 当家湾隧道围岩岩性主要为绢云母石英片岩 ，其 新型大跨度隧道形式 ，其线形流畅，占地面积少， 岩体强度较低 ，片理面极其发育，岩体 自身的承载能 空间利用率高，避免了洞 口路基或大桥分幅，与洞外 力极弱，岩体的强度主要 由结构面问的强度来决定 ， 线路连接方便；同时在适应地形条件、环境保护及工 取决于结构面的抗剪切性能。为了反映隧道开挖后围 程数量上都具有优越性。 岩在应力重分布过程中隧道洞周一定范围内的围岩力 但 由于公路双连拱隧道开挖跨度较大，在工序繁 学参数发生恶化，作为近似，结合试验室获取的结构 多和支护相互交错施工中，对围岩产生多次扰动，使 面力学参数通过适当降低来实现这一过程。 得围岩内部的应力历经多次调整。在公路双连拱隧道 参数的选取如表 1、表2。 的三导洞法施工过程中，中隔墙是左、右洞交替施工 表 1 隧道围岩体Burgers蠕变模型计算参数表 的主要承载结构，其受力及施工中载荷的转换十分复 杂，压 、拉、弯、扭、剪均有。因此，保证中隔墙在 整个施工过程的稳定是双连拱隧道施工成功的关键。 本文以十漫高速公路当家湾双连拱隧道为工程背景， 采用有限差分软件 FLAC ，对双连拱 隧道三导 表2 隧道围岩体 Mohr—Coulomb模型计算参数表 洞法各主要施工阶段中隔墙的应力和变形变化进行分 析，以优化中隔墙施工，保证其稳定性。 1 模型建立与参数选取 1．1 建立物理模型 在隧道施工中，围岩的地质状况对隧道的稳定性 2 模拟过程及结果分析 和应力分布等有着重要的影响 。根据当家湾隧道实 际结构形式及地质条件 ，建立了适当的简化模型。为 2．1 中隔墙应力 图2为在双连拱三导洞施工各主要工序中中隔墙 保证计算的可信度，消除边界效应的影响，根据文献 的竖向应力的分布变化。由图2看 出：中导洞施工 [5]，本模型的边界范围取为隧道有效相当直径的3 倍以上 (隧道毛断面净高9．8m，跨度 12．0m)，模 型纵深方向长度取为 10m即一个施工循环。在设定 模型的位移边界条件时，限制了模型除地表面上边界 外的5个边界面，上表面依据模型地形条件在 自重应 力作用下加载 ，为 自由边界，没有约束；在模型的底 面加固定支座以约束所有 自由度，在平行隧道走 向的 两侧边界面加滑动支座 ， (a】中导洞完成后 (b)右洞上台阶完成后 只约束 方向自由度而释 放Y、。方向上的 自由度 ， 以模拟岩体 的沉降，垂 直于隧道走 向的两边 界 面施加Y方 向上的约束。 在此 基础上 ，选用 Bur- gers蠕变本构模型，建立 图 1 隧道模拟计算模型圈 (c)左洞下台阶完成后