分离式双隧道围岩支护与沉降规律研究.pdf
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1、2023 年 27 期实验报告科技创新与应用Technology Innovation and Application分离式双隧道围岩支护与沉降规律研究李朝阳1,李鹏2,欧阳旺2,刘钱丰1,刘正兴2,杨俭兴1,王圣龙2,崔梦园3,刘涛影3(1.广西六宾高速公路建设发展有限公司,南宁 530023;2.湖南联智科技股份有限公司,长沙 410200;3.中南大学 资源与安全工程学院,长沙 410083)随着“十三五”规划纲要的提出,广西继续施行交通发展是第一要务的战略,不断地加快广西的交通基础设施建设。自从 1997 年广西的第一条高速公路建成通车,广西高速公路开始飞速发展。高速公路总里程达到 6
2、 803 km,建成高速公路 28 条,构建了极其庞大和复杂的高速公路网,基本实现了高速公路县县通,大大提高了运输能力和效率1。高速公路建成过程中,往往会遇到隧道开挖问题,现如今施工方法越来越精进,施工步骤越来越多,从传统的矿山法、钻爆法到如今的中隔壁法(CD 法)、交叉中隔壁法(CRD 法)、双侧壁导坑法等。隧道施工稳定性研究,是工程中必不可少的一部分,可提供一些施工建议和安全保证。何信2利用有限元软件 FLAC3D 模拟分离式隧道开挖和支护,得出分离式隧道开挖间距应在 2 倍洞径左右。邢立志3对分离式隧道围岩支护稳定性进行研究,提出一种新式的隧道围岩支护方法。伍达富等4对有限元的无支圆形隧
3、道拱顶下沉进行分析,得出隧道拱顶下沉值变化关系。汪振众5采用 MIDAS/GTS NX 有限元方法对不同侧覆土厚度下偏压隧道围岩拱顶沉降的时空规律进行研究,发现侧覆土厚度较大时,偏压隧道最大沉降位移逐渐向拱顶转移。本文以广西高良隧道为依据,研究中度埋深分离式隧道分步开挖的施工过程中的隧道拱顶位移变化、隧道周围变形、初支应力、内撑受力、二衬受力、锚杆受力和分离式隧道中间岩石受力及地表沉降规律。利用理论与实际参数相结合,模拟结果与实际的监测数据进行对比,研究分离式隧道 CRD 法同时开挖的隧道影响规律,为同类型工程提供一定理论依据。1工程概况高良隧道进洞口位于南宁市宾阳县陈平镇高良村东北侧,出洞口
4、位于陈平镇谭冲村西南侧,为分离式双洞隧道;左幅起讫里程为 ZK32+647.00耀ZK34+955.00,长 2 308 m,最大埋深约 374 m,右幅起讫里程为 K32+636.00耀K34+917.00,长 2 281 m,最大埋深约 378 m。本文根据施工设计,取右线 K34+620K34+680 及其对应基金项目:国家自然科学基金资助项目(52004327)第一作者简介:李朝阳(1993-),男,助理工程师。研究方向为高速公路工程管理。摘要:针对分离式双隧道暗挖施工过程存在的问题,依托于广西高良隧道工程对分离式双隧道开挖过程中双隧道拱顶沉降、底部变形、洞周收敛、初支结构应力和二衬结
5、构应力等指标进行分析。总结分离式隧道开挖过程中对隧道支护的影响,得到洞周变形和拱顶沉降等,从而对隧道周围岩石拉压应力分布及二衬结构拉压应力分布进行分析。关键词:分离式隧道;围岩支护;沉降规律;数值模拟;动态变化;受力影响中图分类号院U455.7文献标志码院A文章编号院2095-2945渊2023冤27-0066-04Abstract:Aiming at the problems existing in the hidden excavation process of separated double tunnels,based on theGaoliang tunnel project in
6、Guangxi,this paper analyzes the indexes of double tunnel vault settlement,bottom deformation,tunnelperimeter convergence,first branch structure stress and second lining structure stress in the process of separated double tunnelexcavation,and summarizes the influence on tunnel support in the process
7、of separated tunnel excavation.The deformation aroundthe tunnel and the settlement of the vault are obtained,and the tension-compression stress distribution of the rock around thetunnel and the tension-compression stress distribution of the second lining structure are analyzed.Keywords:separated tun
8、nel;surrounding rock support;settlement law;numerical simulation;dynamic change;stress influenceDOI:10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.27.01666-实验报告科技创新与应用Technology Innovation and Application2023 年 27 期左线部分,长 60 m,隧道断面宽为 12.02 m,高为 8.53 m,两隧道间距离为 20 m,模拟部分埋深为 95.31 m。暗挖隧道区段土层由上到下依次为全风化碎岩、强分化岩和中风化岩。暗挖隧道围岩
9、级别为吁级,采取 CRD 法施工6,使用超前小导管7进行超前支护,初支为喷砼、钢筋网、锚杆支护,设防水层,再进行二次衬砌和铺底。2隧道数值模拟模型构建为了分析分离式隧道施工过程中隧道、支护、围岩等受力情况,构建了如图 1 所示的长度为 60m 的分离式隧道模型。考虑到数值模拟的精准度,隧道左右围岩大于5 倍洞径宽度,隧道下部围岩大于 5 倍洞径高度,最后构建出的模型尺寸为 180 m伊60 m伊175 m。模型中围岩部分、二衬部分为实体单元,采用摩尔-库伦本构模型,具体材料物理力学参数见表 1;初支及内撑采用板单元模拟,锚杆采用一维植入式桁架模拟,均采用弹性本构模型进行模拟,网格构建使用混合四
10、面体网格,模型边界设置自动约束,同时设置自重。隧道模型分为左线和右线 2 部分,每一部分都采用 CRD 法开挖,开挖步骤分为 30 步,每次开挖循环设置为 2m,模型施工过程与实际施工同步骤,减少误差。最终构建模型包含有 10 万个网格单元,如图 1 所示。图 1分离式隧道模型表 1材料物理力学参数3隧道施工模拟结果分析3.1监测点布置为了增加数值模拟的准确度,隧道开挖过程与实际开挖对应,隧道开挖、初支、内撑、二衬及锚杆等都采用对应模拟材料进行模拟。首先开挖左侧隧道,利用CRD 法进行施工模拟,开挖顺序如图 2 所示,首先开挖隧道淤部分,随后进行初支和内撑的支护,随后再依次进行隧道于、隧道盂、
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