软弱围岩隧道开挖数值模拟分析-论文.pdf

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1、软弱围岩隧道开挖数值模拟分析黄俊(江西省交通规划勘察设计院，江西南昌330002)摘要：围岩及支护结构的位移、应力分布变化规律是隧道开挖是否安全的评价标准。针对隧道开挖计算的复杂性，采用有限元对其建立三维数值模拟。利用ANSYS对隧道开挖过程进行模拟，得到支护结构的位移、应力分布变化规律。数值计算结果表明，竖向最大位移发生在拱顶处，而支护最大压应力出现在拱腰。关键词：隧道工程；隧道开挖；有限元；数值模拟；分析开挖前工程岩体系统的总刚度矩阵；[K是分步开O前言挖过程中第J步次开挖单元和拆除支护结构单元的由于我国科学、技术、经济的快速发展．高速公路

2、刚度矩阵，其值为挖去岩土单元和拆除支护结构单建设已由平原微丘区向山岭重丘区转移。山区高速公元的刚度矩阵之和；{ARj}是在t时刻(某次)开挖释路的发展，山岭隧道工程数量开始成倍增多，在公路放荷载节点力f△Rjl的增量值；{ARj)是施工过程中工程中的作用和地位日益重要。由于实际工程中涉及其他外力或各种附加力(流变、塑性迭代等)形成的的岩土地质情况十分复杂．隧道开挖过程是一个应力节点增量荷载列阵；{AUi}是t时刻外部作用包括施不断动态调整的复杂过程，对隧道的开挖支护机理还工产生的节点增量位移列阵[41。不十分清楚，许多工程主要还是依靠经验进行类

3、比设1_2破坏准则计施工，常需耗费大量资金来提高安全系数。隧道围岩材料特性按均质弹塑性考虑，采用随着科学技术的发展，有限元方法越来越多地Druck—prager屈服准则_5j。根据Druck—Prager1莫型，材应用于岩土工程的计算分析。与传统方法比较，有料的塑性屈服准则为：限元数值模拟具有经济、高效的优点，可以通过定+(。=k量计算开挖过程中支护的应力分布情况及变形趋2sin(D式中仅=势，揭示其变形破坏特征。f3一sinq))近年来结合工程类比法进行初步设计．利用有限6c·cosqok=元方法对隧道施工过程进行模拟分析．以考察设计参(3一

4、sirlqo)’数的合理f生及施工方案的可行性，已成为普遍的做法。Jl——应力第一不变量，t，1=G+Or+a：；1有限元三维数值模拟J’厂第二偏应力张量不变量；J=÷【(G一6)+(6一6：)+(o：一G)1．1基本原理o隧道开挖施工过程主要包括围岩分步开挖及十6++T)]；支护结构的分步设置。模拟分步开挖施工过程的有c——岩土材料的内聚力，MPa；限元方程可写为：‘p——岩土材料的内摩擦角。([o卜[】){△u，}={AR，}+{AR}2计算实例(j=l，2⋯，M)式中，M是分步开挖施工总工步数；[0]是时刻2．1工程概况作者简介：黄俊(1

5、983一)，男，江西南昌人，长沙理工大学本科毕业，工程师，主要从事公路勘察设计工作。·37·量保安全。制在30h内，每打设1圈锚杆控制在40min内，每挂网⑥落实“岩变我变，水变我变，地变我变，时变1个间距控制在15min以内；喷射}昆凝土控制在5h以我变”的理念，根据地质变化情况，及时调整施工工内：严格控制工序操作时间和衔接时间；艺和管理思路。隧道施工的主体无疑是地质，水文⑩加大巡查力度，杜绝“现场无人管盲区”的出和环境方面的有机结合，熟知地质水文和环境技术现。为了防止现场无人管，任由施工队随意施工的是隧道施工的前提。应适当邀请有关专家就隧道

6、施现象，应加大对隧道管理力度，不论刮风下雨，要求工控制要点做了专题讲座，使大家掌握了隧道围岩项目总工和生产副经理每天必须进洞一次，应增加稳定性的影响因素及其与施工方法的关系，还有围领导班子夜巡制度．及时去现场发现问题，解决问岩分级时考虑的影响因素：使大家明白隧道的设计题。以质量保安全，以平安促进度。理念和施工过程中的控制要点：这样可以提高现场3结语管理的思路和方法，也为设计变更工作夯实了基础；⑦应适当组织“隧道塌方应急演练”。可以提高隧道塌方对安全生产、质量管理、进度管理、社作业人员的避险、逃险和自救互救能力；应加强全会影响都会带来巨大的影响，

7、施工前加强技术交底、员责任心教育，定期召开安全生产调度会，营造“安过程中加强量测、动态施工、强化安全意思、加强管理；只有全员参与，齐抓共管，才能取得良好的效果。全工作人人抓”的氛围：⑧加大隐患整治力度。对于超挖、拱架间距、喷射混凝土厚度、拱顶空洞、排水等质量问题，一旦发参考文献：现，应自行停工整改。并制定详细的处理措施，各部【1】JTJD70—2004公路隧道设计规范【S】．门通力配合，从资源、资金等方面，提供有力的保[2】JTGF60—2009公路隧道施工技术规范【S]．障，避免施工队资源供应不及时而耽误时机；[3】福建省高速公路建设总指挥部

8、．福建省高速公路隧道安全⑨加强工序衔接管理。应针对隧道施工各工序管理与文明施工标准化指南11fZ】．北京：人民交通出版制定了相应的工序时间表：每循环开