隧道侧部溶洞对 CD 法开挖顺序影响的数值模拟-论文.pdf

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1、第40卷第20期山西建筑Vo1．40No．20．214·2014年7月SHANXIARCHITECrUREJu1．2014文章编号：1009-6825(2014)20—0214-02隧道侧部溶洞对CD法开挖顺序影响的数值模拟胥耀(中交路桥华南工程有限公司，广东中山528400)摘要：结合某高速公路隧道侧部溶洞的具体情况，针对先开挖靠近溶洞侧和先开挖远离溶洞侧两种不同的开挖顺序，利用有限元软件ANSYS和有限差分软件FLAC3D进行数值模拟，分析了两种不同开挖顺序对隧道位移场和应力场的影响，并通过比较得出了最优的开挖顺序。关键词：岩溶隧道，CD法，岩溶，数值模拟中图分类号：U452．12文献

2、标识码：A0引言短轴5m。模型共有27760个单元(Zones)和29694个节点(Grid—points)组成。岩溶是山区高速公路隧道施工时常见的一种地质灾害。溶模型如图1所示。洞是岩溶的一种，是以岩溶水的溶蚀作用为主，兼有潜蚀和机械塌陷作用而造成的基本水平方向延伸的通道。当隧道穿过可溶性岩层时，有的溶洞岩质破碎，容易发生坍塌；有的溶洞饱含软弱充填物，隧道施工中一旦揭露，就会发生突泥灾害；有的溶洞与地下暗河或地表水系通过溶隙管道相互贯通，施工稍有不慎，就会发生大规模涌水事故。隧道通过岩溶区段开挖方法一般宜采用台阶法或者CD法一(中隔壁法)，本文针对某高速公路隧道侧部溶洞，在采取CD法图1

3、计算模型开挖的情况下，利用数值模拟软件分别模拟先开挖靠近溶洞侧和模型的边界条件为：左右两侧边界方向约束；前后两侧y先开挖远离溶洞侧两种不同的开挖顺序，并对这两种开挖顺序隧方向约束；底部边界z方向约束；顶部无约束，模拟自由地面。道围岩的应力场和位移场进行对比分析，得出最优的开挖顺序，2．2计算参数的选取为类似情况的岩溶隧道的设计、施工提供一定的借鉴意义。围岩材料模型采用Mohr-Coulomb理想弹塑性模型；开挖采用1工程概况及施工方法FLAC3D中的Null模型。复合式支护中的初期支护(喷混凝土)某高速公路隧道是一座上下行分离式隧道，所处区域岩溶极和二次衬砌均采用实体单元，其本构模型均为弹

4、性。岩体的初始为发育，在地质勘察过程中，初步探明隧道右侧存在溶洞，洞口地应力场只考虑自重应力。同时考虑施作锚喷支护和预加固措5m×7．2m，深度10m一12m，干洞。溶洞范围内隧道围岩为施(超前小导管注浆)对围岩岩性的改善，模拟时适当地提高加固Ⅳ级，属浅埋段(上覆层厚35m)，中风化灰岩出露，表层少量第四区围岩的参数。系粉质黏土层，岩体较破碎，裂隙较发育，结构面结合程度一般；表1是计算所用材料物理力学参数。受岩层浅埋影响，掘进时拱部及侧壁易坍塌掉块，围岩稳定性差。表1围岩与支护结构物理力学参数隧道采用复合式衬砌，拱部采用长度为3m的,1,22玻纤锚杆项目体积模量剪切模量泊松比容重内摩擦角抗

5、拉强度粘聚力(纵100×120环)，采用．5的钢筋网，钢拱架间距为100em，中E，CaE，G=PakN／m3／(。)MPac／MPa隔壁临时支护采用H175型钢，C20喷射混凝土厚度为20em，二围岩0．250．580．3019．8290．8O．35初支l1．678．750．2025次模筑混凝土为加em的C25，辅助施工措施为超前小导管注浆。钢支撑l66．6776．920．378隧道开挖方法采用的是CD法(中隔壁法)，CD法是采用钢二衬l5．5611．67O．2026支撑和喷射混凝土的隔壁分割开进行开挖的方法。CD法适用于2．3隧道数值模拟开挖方案双线Ⅳ级，V级，Ⅵ级等围岩情况的隧道，这

6、些情况往往地质条件隧道采用CD法进行岩溶区段的开挖，隧道分为左、右导坑分复杂，围岩软弱，上覆层薄，含水量大，岩溶发育，基底承载力低。别进行开挖，每侧导坑又分为上、下两步台阶。模拟的两方案如采用CD法开挖，能够减小软弱围岩隧道分部开挖跨度和开挖高图2所示，方案一：开挖左洞室上台阶(循环进尺0．5m)施作初期度，并通过增加中隔壁支撑等临时支护构件，形成分部开挖初期支护，设置中隔壁临时钢支撑；开挖左洞室下台阶(循环进尺支护快速封闭环，使分部开挖环环相扣，最后完成全部断面开挖0．5m)，滞后于1部3m一5m，施作下台阶初期支护及接长中隔与初期支护。壁临时钢支撑；开挖右洞室上、下台阶，右洞室开挖滞后

7、于左洞室2CD法开挖顺序对围岩稳定性影响10m一20m。方案二：开挖右洞室上台阶(循环进尺0．5m)施作2．1溶洞的简化处理及模型的建立初期支护，设置中隔壁l临时钢支撑；开挖右洞室下台阶(循环进尺在数值模拟过程中，需要对实际工程进行一定的简化。本计0．5m)，滞后于1部3m～5m，施作下台阶初期支护及接长中隔算过程中，模型解析区域的范围是长30m，宽100m，高65m的立壁临时钢支撑；开挖左洞室上、下台阶，左洞室开挖滞后