小凈距偏壓隧道合理開挖順序探討.pdf

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1、公路隧道2011年第2期(總第74期)小凈距偏壓隧道合理開挖順序探討李星平陳力華張蕾。王建華(1招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司重慶400067；2中國人民解放軍后勤工程學(xué)院軍事建筑工程系重慶401311)摘要采用改進(jìn)的有限元強(qiáng)度折減法計(jì)算了某淺埋偏壓小凈距隧道的2種開挖方式在各個施工階段的安全系數(shù)大小。通過比較這些安全系數(shù)，找到了2種開挖方式在整個開挖過程中最容易產(chǎn)生破壞的施_丁步，得到了淺埋偏壓小凈距隧道先開挖深埋側(cè)能避免出現(xiàn)較危險的施工狀態(tài)這一結(jié)論。關(guān)鍵詞小凈距偏壓隧道開挖順序有限元強(qiáng)度折減法安全系數(shù)淺埋偏壓小凈距隧道合

2、理開挖順序研究一直以從“強(qiáng)度折減”的角度對隧道安全系數(shù)進(jìn)行定來就是工程界高度關(guān)注的問題，以往的學(xué)者已經(jīng)做義，即隧道保持穩(wěn)定的能力，安全儲備大小的度量。了一定的研究工作。例如靳曉光、劉偉等通過對京1．2改進(jìn)的強(qiáng)度折減法福高速公路三明、福州段小凈距偏壓隧道開挖順序靳曉光、陳力華通過研究發(fā)現(xiàn)：以往的抗剪強(qiáng)度研究，分析了隧道開挖順序?qū)鷰r破壞接近度、圍巖折減法并不適用于計(jì)算所有的巖土結(jié)構(gòu)安全性，僅變形位移以及對空間圍巖體塑性破壞和位移的影僅適用與計(jì)算以受剪破壞為主的結(jié)構(gòu)(一般邊坡)的響，得到了先開挖淺埋側(cè)隧道優(yōu)于先開挖深埋側(cè)隧安全性，

3、對于以受拉破壞為主的結(jié)構(gòu)(鐘乳石)應(yīng)采道的結(jié)論[1；孫亮、徐林生通過對觀音廟隧道進(jìn)口小用抗拉強(qiáng)度的折減才能得到正確的結(jié)果。然而很多凈距段的數(shù)值模擬研究，認(rèn)為先開挖淺埋一側(cè)后開結(jié)構(gòu)某些部位受拉破壞，某些部位受剪破壞(隧道、挖深埋一側(cè)的施工方式相對合理L2；楊小禮、眭志榮陡邊坡)，須使抗拉強(qiáng)度與抗剪強(qiáng)度同步折減才能得對淺埋小凈距雙洞6車道偏壓公路隧道在不同開挖到準(zhǔn)確的安全系數(shù)數(shù)值大小。因此，靳曉光、陳力華順序下進(jìn)行施工力學(xué)數(shù)值模擬。數(shù)值結(jié)果表明：先等對強(qiáng)度折減法進(jìn)行了改進(jìn)，提出了“拉剪強(qiáng)度同步開挖深埋一側(cè)隧道，圍巖塑性區(qū)較小，左洞

4、拱頂不會折減的強(qiáng)度折減法”，即：出現(xiàn)圍巖拉裂區(qū)，右洞拱頂塑性區(qū)較小_3]。c一，tan一tancfl一F，tn一F，’了√一F(2z)J可見，對于淺埋偏壓小凈距隧道合理開挖順序目前工程界沒有統(tǒng)一的認(rèn)識。因此展開這方面的式中，T為材料抗拉強(qiáng)度指標(biāo)。研究，并為類似工程提供科學(xué)依據(jù)很有必要。巖(土)材料在壓應(yīng)力空間中以受剪破壞為主，在拉應(yīng)力空間中以受拉破壞為主，因此巖土結(jié)構(gòu)的1隧道安全系數(shù)計(jì)算安全性取決于材料的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和抗拉強(qiáng)度指1．1有限元強(qiáng)度折減法標(biāo)，只要抗剪強(qiáng)度或者抗拉強(qiáng)度任一不能滿足受力采用強(qiáng)度折減法計(jì)算邊坡的安全系數(shù)已

5、經(jīng)普遍要求材料就發(fā)生破壞，同步折減抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)得到學(xué)術(shù)界的認(rèn)可_4]。類比這種方法，鄭穎人等度是為了保證抗剪安全儲備和抗拉安全儲備都得到利用有限元強(qiáng)度折減法對隧道結(jié)構(gòu)的安全性做了一同等的減少。所以，“拉剪強(qiáng)度同步折減的強(qiáng)度折減些開創(chuàng)性的研究[8-11]。在有限元計(jì)算中通過降低法”既符合“強(qiáng)度折減”的基本思想，又符合巖(土)材巖土材料的強(qiáng)度參數(shù)直到整個體系達(dá)到瀕臨破壞的料破壞的根本特征，是適用性更廣泛的強(qiáng)度折減法。極限狀態(tài)，臨界破壞時的折減系數(shù)即為安全系數(shù)，即1．3其他材料強(qiáng)度的折減c根據(jù)安全系數(shù)的定義，為了使強(qiáng)度折減過程中

6、f=一==F，tanrfl一(1)各種材料發(fā)揮的功效都得到同等減弱，須滿足各種式中，c、分別為材料的粘聚力和摩擦角。材料強(qiáng)度也同步折減?；炷量梢钥醋鳚M足Mohr強(qiáng)度折減這一過程并非圍巖及襯砌材料強(qiáng)度真-Coulomb屈服準(zhǔn)則的材料，應(yīng)按(2)式進(jìn)行折減。正發(fā)生了變化，而是為了尋找整個體系的極限狀態(tài)錨桿及拱架為鋼材，是符合VonMises屈服準(zhǔn)則的(瀕臨破壞的狀態(tài))將各種材料為體系穩(wěn)定發(fā)揮的作理想彈塑性材料，按照(3)式進(jìn)行折減，用同步消減的假想過程。公路隧道2011年第2期(總第74期)i，，一厶F(3)算例模型如圖2所示，

7、模型邊坡兩側(cè)為水平約·束邊界，底部為完全固定邊界。采用l二節(jié)點(diǎn)i角形式中，廠一廠分別為錨桿在折減前后的屈服強(qiáng)度。單元進(jìn)行剖分。2合理開挖順序計(jì)算方法隧道施工過程中，因?yàn)殚_挖和支護(hù)其安全程度處于一個變化的狀態(tài)，L大J此各個施工過程對應(yīng)的安全系數(shù)是不一致的。合理開挖的實(shí)質(zhì)是為了避免在施工過程中出現(xiàn)安全系數(shù)較低(較危險)的施工狀態(tài)。因此只需要計(jì)算每個施狀態(tài)的安全系數(shù)，就圖1隧道襯砌斷面可以知道那種施工方法更優(yōu)。2．1模型介紹算例隧道為2車道隧道，開挖寬度12．08m，高度10．1m，兩洞之間的間距為4m。系統(tǒng)錨桿為(p22砂漿錨桿，

8、長度4m，環(huán)向間距0．8m，縱向間距l(xiāng)m，鋼拱架采用寬翼緣H型鋼，型號HK200b，縱向問距l(xiāng)m，噴射混凝土厚26cm。襯砌斷面如圖1所示。1、3為上臺階土，2、4為下臺階土，5、6上臺階噴射混凝土及拱架，7、8為仰拱，9、10為上臺階錨桿，11為上臺階中夾巖錨桿，12、13