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1、淺埋大跨徑黃土公路隧道弧形導坑法施工數值模擬 摘要：采用有限差分軟件FLAC3D對淺埋大跨徑黃土公路隧道進行施工開挖過程模擬，監(jiān)控隧道各部位位移、地表沉降和圍巖應力，通過對比分析得到由于開挖引起的位移和應力的變化規(guī)律，進而分析弧形導坑法對淺埋大跨徑黃土公路隧道的控制效果，并針對針對施工中易出現安全事故的薄弱環(huán)節(jié)提出一些針對性和具體的施工處理措施，為工程施工提高依據和參考。關鍵字：淺埋大跨公路隧道弧形導坑法數值模擬中圖分類號：U45文獻標識碼：A文章編號：1.引言黃土在我國西北地區(qū)廣泛分布，但黃土隧道的建設并沒有一個非常適用合理的標準。
2、尤其是大跨徑黃土隧道較一般隧道更加扁坦，圍巖應力集中程度高，襯砌的壓力、圍巖的位移沉降較大，而黃土隧道的淺埋因素對隧道的施工更不利，施工方法的選擇也更為復雜，對弧形導坑法開挖淺埋大跨徑黃土隧道中力學規(guī)律進行研究，分析其中易出現的問題，根據規(guī)律正確選擇支護手段，指導設計和施工。2.計算假定6由于黃土自身的性質較復雜，全部考慮并完全模擬施工步驟難度很大。因此在建模和計算的過程中，考慮主要因素，次要因素簡化處理。（1）將圍巖視為單一土體，看成均質、連續(xù)、各向同性介質。（2）只考慮自重應力場，不考慮地表降水和構造應力場的影響。（3）不考慮時間效
3、應，認為開挖、支護、加固等行為一步到位。3.模擬計算與分析3.1模型的建立取Vb級別圍巖中Q3砂質黃土模擬圍巖，隧道開挖跨徑16.69m，開挖高度12.16m，埋深10m，計算區(qū)域：向下取3倍隧道高度35m，左右取4倍隧道跨徑68m，縱向取60m。采用M-C模型模擬圍巖、加固區(qū)，彈性模型模擬初期支護、二次襯砌、臨時支護。將超前小導管、鎖腳錨管、注漿加固的范圍等效為均質材料對其力學參數進行調整提高。圍巖及支護的物理力學參數。通過改變步長來模擬開挖過程，每次開挖3m。3.2計算結果及分析3.2.1豎向位移規(guī)律分析對豎向位移進行綜合分析：61
4、、隧道上部圍巖發(fā)生整體沉降，沉降區(qū)域呈倒U狀，邊界近乎垂直，一直延伸到隧道的拱腳處，拱頂沉降與拱腳沉降相差不大。2、在弧形導坑掌子面到達監(jiān)測面前，隧道上方圍巖已發(fā)生少量沉降。地面受遠處圍巖條件變化反應明顯，沉降最大，隨著埋深的增加，沉降越來越小。此階段未發(fā)生明顯應力狀態(tài)的改變，埋深越淺累計沉降越多。當開挖掌子面通過監(jiān)測面后，隧道上方圍巖產生卸荷，而離隧道洞室越近圍巖受到影響越大，變形從拱頂向地表發(fā)展，從隧道周邊到地表處沉降越來越小。3、當掌子面距離監(jiān)測面一倍跨徑（16m）以上時，監(jiān)測面位移很小，當距離減小到一倍跨徑以內時，監(jiān)測面地表和拱
5、頂開始產生明顯沉降。說明隧道的開挖對圍巖的影響區(qū)域為掌子面前方一倍跨徑范圍。4、掌子面到達時發(fā)生的拱頂沉降為38.22mm，占拱頂總沉降量的33.18%，仰拱底部上揚22.87mm，占上揚總量的25.64%，仰拱開挖時，沉降突然增大，沉降量為18.4mm，支護封閉前拱頂沉降達到總沉降的87%，仰拱施工完畢后沉降值和拱部上揚值增加不大。5、隨著掌子面的接近，監(jiān)測面圍巖沉降速度越來越大，掌子面到達時，達到頂峰，在初支封閉之前，沉降變化速度緩慢減小。仰拱開挖時，拱頂沉降變化速度發(fā)生顯著增加，當初支封閉仰拱回填后，變化速度很快減小并趨于零。66
6、、地表沉降隨著地面與隧道中心線距離的減小而增大，且在距離35m（約2倍隧道跨徑）范圍內影響明顯，在距隧道中心線19m（約1倍隧道跨徑）處，沉降的變化趨勢顯著增大，在中心線處的地表沉降達到最大。7、開挖穩(wěn)定后，隧道拱頂沉降雖徑向深度的逐漸衰減，但衰減的趨勢不大，地表沉降值是拱頂沉降值的83%，體現了上部土體的整體沉降性。3.2.2水平位移規(guī)律分析對水平位移進行分析：1、在弧形導坑掌子面到達監(jiān)測面前，隧道圍巖僅發(fā)生少量水平收斂，最大值僅有4.3mm，說明開挖對掌子面前方土體的水平位移影響不大。2、掌子面到達監(jiān)測面開始，拱腳和拱腰的收斂逐漸增
7、加。拱腰收斂增加趨勢持續(xù)到下臺階通過（掌子面離開監(jiān)測面15m）后趨于穩(wěn)定，此時拱底未開挖，初支未封閉。拱腳收斂主要在各臺階通過監(jiān)測面階段完成，在下臺階通過后仍有少量增長，此增長趨勢在初支封閉（掌子面離開監(jiān)測面24m）后趨于穩(wěn)定。3、掌子面到達監(jiān)控面開始，拱腳和拱腰的收斂速率逐漸增大。拱腰的收斂速率在中臺階通過時達到最大，且一直持續(xù)到各臺階全部通過。拱腳的收斂速率在下臺階通過監(jiān)控時達到最大，且當下臺階通過后，收斂速率迅速減小。64、在開挖弧形導坑時，拱腰作為弧形導坑的拱腳，便開始產生收斂，且收斂明顯，中下臺階開挖后，拱腰收斂進一步發(fā)展。3
8、.2.3圍巖應力規(guī)律分析對圍巖應力進行分析：1、弧形導坑開挖后，水平應力不大，達到最大水平應力的12%，而豎向應力則有很發(fā)展，達到最大豎向應力的74%。開挖面各臺階通過監(jiān)測面時，水平應力和豎向應力增加很快，
