偏压连拱隧道合理开挖方案的分析

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1、偏压连拱隧道合理开挖方案的分析周玉宏赵燕明程崇国（重庆后勤工程学院土木工程系，重庆400041）（重庆交通科研设计院400067）AnalysisontheConstructionProcessWithReasonofJointArchTunnelinPartialPressZhouYu-hongZhaoYan-mingChengChong-guo(1.Dept.ofCivilEng.,LogisticalEngineeringUniversity,Chongqing400041，China2.ChongqingInstitueofTrafficScienceAn

2、dResearchDesign)摘要：本文采用ANSYSV5.6版有限元分析程序对云南元磨高速公路桥头隧道采用的施工过程进行了二维有限元分折。通过有限元计算，模拟了三种开挖顺序，获得了偏压连拱隧道在采用不同开挖顺序施工时各阶段围岩的应力、应变状态、地表沉降以及隧道支护结构中的内力变化情况，通过对比、分析，并和现场量测资料相比较，得出一些结论，为云南元磨高速公路连拱隧道采用的施工方法提供了科学依据与技术指导。关键词：偏压连拱隧道有限元开挖施工顺序中图分类号：TU文献标示码：AAbstract:Inthispaper,theprocessoftheconstructi

3、onofthetransitionaljointarchtunnelinQiaotoutunnelofYuanMoFreewayhasbeensimulatedwiththeapplicationofANSYSV5.6FEMprogram.Thestressstateofsurroundingrock,groundsettlementandinternalforcesoftunnelsupportstructureduringeachperiodofconstructionareobtainedby2Dcomputation.Somesolutionisobtai

4、nedbycontrasting,analysingandcomparingwithdataobtainedbylivemeasure.ThisanalysisprovidesascientificbasisandtechnicalguidancefortheconstructionofjointarchtunnelsinQiaotoutunnelofYuanMoFreeway.Keywords:PartialPress;JointArchTunnel;FEM;ConstructOrder1概述本文计算所模拟的桥头隧道位于元江～磨黑高速公路16合同K342+375

5、～K342+655之间，全长280米，为带中墙的整体式双跨连拱结构隧道，隧道单跨净宽10.53米，净高为7.2米。单跨采用单心圆，边墙为曲线，中墙为直线，中墙厚为2米，隧道净宽为23.05米，最大开挖跨度为24.65米。围岩类别为Ⅲ、Ⅳ类，隧道最大埋深74米。路线位于云贵高原西部，横断山脉南延地区。云南省地貌分区的哀牢山中山亚区，区内属构造侵蚀地形，路线主要位于高中山地区。隧道上部岩体是一明显的斜坡，使隧道处在偏压状态中，具体参照图一模型。隧道施工中采用先中墙，再上下台阶开挖法施工。隧道最大开挖跨度为24.65米，无论从设计角度，还是从施工角度而言，其结构的受力状

6、况都是十分复杂的。而且连拱隧道在国内外的研究还为数不多，为掌握连拱隧道在开挖过程中引起的地层变形、地表沉降和支护结构的力学状态，特别是隧道施工顺序对围岩稳定及应力、应变影响，必须对连拱隧道结构的开挖过程进行有限元计算和分析，以便为该区段连拱隧道的设计和施工提供科学依据和技术指导。目前的施工中所采用的施工顺序有先左洞后右洞开挖、先右洞后左洞开挖以及两洞同时开挖，对于偏压条件下双洞连拱隧道的开挖顺序，究竟哪种施工顺序更为合理，本文进行了一定的分析。通过计算，并结合现场量测资料分析，得出一些可引为规律性的东西，从而对指导设计、施工、量测测点埋设位置及对施工中出现的问题和

7、不合理量测结果的解释提供理论帮助。2隧道结构的计算模型依照初步设计中所提供的桥头隧道地段地质资料，将该地段围岩类别定为Ⅲ类，并结合初步设计中连拱隧道断面的相关尺寸建立了桥头隧道的二维有限元计算模型。在有限元计算当中，边界约束条件对计算结果影响较大。因此，为尽量减少二维有限元模型中边界约束条件对计算结果产生的不利影响，计算模型的边界范围按照以下原则进行了确定，即二维有限元计算模型所取地层的范围是:水平方向上隧道两边的长度均取洞跨的3倍为限，即计算模型的水平宽度为开挖隧道跨度的7倍；垂直方向上，隧道下的距离为洞高的3倍，而隧道上方按实际地形尺寸。计算模型如图1。图l偏

8、压连拱隧道