工程建筑毕业论文两岔口隧道新奥法施工过程模拟原理及ⅲ级围岩施工方法.doc

X X 大学 毕业论文 两岔口隧道新奥法施工过程模拟原理及Ⅲ级围岩施工方法 姓 名：__________ 2014年6月25日 两岔口隧道新奥法施工过程模拟原理及Ⅲ级围岩施工方法 摘要：通过湖南两岔口公路隧道施工实例,介绍了新奥法原理及Ⅲ级围岩根据新奥法原理采用的具体施工方法，同时介绍了两岔口隧道施工过程模拟的原理。 　　关键词：两岔口隧道； 新奥法； 施工过程模拟 　　 　　1工程概况 　　两岔口隧道是一座双向四车道高速公路小净距中隧道，位于吉首市以西4km。左洞起至桩号为ZK2+767～ZK3+280,长513m；右洞起至桩号为YK2+771.6～YK3+280,长508.4m，隧道总长1021.4m。 　　 　　2新奥法的基本原理 　　新奥法是一个具体应用岩体动态性质的完整的力学概念（或者说是一种隧道工程概念），是按科学制定的并已为实践所证明的原则和思想去修筑隧道。其特点是在开挖面附近及时施作密贴于围岩的薄层柔性支护和锚杆支护，控制围岩的变形和应力释放, 从而在围岩和柔性支护的共同变形中调整围岩内部应力分布，达到应力平衡，最大限度地保持围岩固有强度和利用其自承能力。 　　新奥法的基本原理可以归纳为以下几点： 　　2.1隧道开挖作业应采用光面爆破, 选择合理的断面形状、施工程序和开挖方法，并尽量采取大断面开挖，尽量减少对围岩的破坏程度。 　　2.2隧道开挖后，尽量利用围岩的自承能力，把围岩当作支护结构的基本组成部分，遇塑性变形较大的围岩压力，增设锚杆加固，使围岩与支护紧密结合，施作的支护将同围岩共同工作，形成一个整体的承载环 　　或承载拱 　　2.3根据围岩特征采用不同的支护类型和参数，及时施作密贴于围岩的柔性喷射混凝土和锚杆作为初期支护，以控制围岩的变形和松驰。 　　2.4在软弱破碎围岩地段，应及早闭合隧道断面，及时封闭仰拱，能有效地发挥支护体系的作用，保证隧道的稳定。 　　2.5二次衬砌是在围岩与初期支护变形基本稳定的情况下构筑的，围岩的支护形成一个整体，不仅能提高支护体系的安全度，而且还能增加衬砌的厚度。 　　2.6尽量使隧道周边轮廓圆顺, 避免棱角突变处应力集中。 　　2.7设置量测系统，监测围岩变位、变形速率及收敛程度，并进行必要的反馈分析，正确估计围岩特性及其随时间的变化，及时调整开挖及支护方式，以确定施作初期支护的有利时机和是否需要补强支护等措施。使设计施工更复合实际情况，确保施工安全。 　　2.8在某些条件下，还必须采取其他补充措施，如超前灌浆，冻结、疏导涌水等，方能使新奥法取得成功。 　　3两岔口隧道Ⅲ级围岩开挖方式的选择 　　选择开挖方式时，应考虑下列几个问题：（1）隧道埋深、岩体状况、有无断层破碎带、有无涌水、岩石强度等有关隧道围岩自稳性的问题；（2）隧道总长或工区长度，隧道的线形，断面形状和尺寸等有关工程规模；（3）地表设施状况，对地表下陷有无要求，地表下陷量的容许值等有关环境要求问题；（4）机械设备，工期等施工条件问题。因短台阶开挖比长台阶更早地使支护结构形成闭合断面，更利于控制地表沉降量。因此，在岩质条件更差时，采用短台阶开挖比长台阶法更有利。根据两岔口隧道工程实际情况，Ⅲ级围岩决定采用短台阶法进行开挖，分成上半断面和下半断面 　　 　　4两岔口隧道施工过程模拟原理 　　隧道施工过程的位移和应力受到施工方式、开挖步长、速度及施工组织的影响。在对施工过程的模拟要真实的反映实际的施工过程，同时进行必要的简化。分开挖、支护步骤分别进行模拟。由于土体的应力应变关系的复杂及本构模型的选用、土的分层性、土体的各向异性及不均匀性、施工条件影响复杂、土体应力状态的改变等因素难以准确地解决，所以利用有限元计算得出的结果目前只能停留在探求土体应力及位移场的分布规律的定性分析上，尚不能达到定量化，因此对两岔口隧道Ⅲ级围岩施工过程进行模拟分析的主要目的是描述随着开挖的进行，围岩和支护的位移和应力的变化规律，以便更好的指导施工的继续进行。 　　4.1开挖过程的模拟 　　根据开挖多个单元时在各结点上引起的增量等效结点荷载公式 　　 　　可知，每次开挖都可以用增量形式的荷载来表示。所以，在整个开挖过程中引起的应力和位移的变化情况就很容易通过分级开挖，即分级加载来模拟计算，每级加载的同时把挖掘的单元变为空单元。 　　4.1.2开挖过程的荷载释放 　　用有限元计算出开挖面边界处各结点荷载，将开挖释放的等效结点力反加于开挖边界，对已“挖去”的单元材料赋一小值，形成所谓“空单元”，这就完成了开挖过程的模拟。值得指出的是用“空单元”取代开挖单元，可能导致刚度矩阵变态。为了解决此问题，可令已挖去的结点位移为零，并把这些结点对应的方程从总刚度方程消去。