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        重載交通作用下隧道施工過程分析

        2013-06-13 08:28:40黑龍江王國博孟維軍
        職業(yè)技術 2013年1期
        關鍵詞:塑性錨桿圍巖

        黑龍江 王國博 孟維軍

        引言

        隨著我國交通基礎設施建設,各種結構物交叉的現象越來越多。在保證既有結構物正常運營的情況下,安全施工是此類工程施工的難題。目前對隧道結構下穿各類建筑物施工的研究較多,并取得了很多研究成果。由于隧道與下穿結構物的位置關系、所處地質條件、隧道施工方法的不同,對交通重載作用下隧道施工的研究還相對較少。本文采用數值分析的方式研究了高速路隧道施工過程進行了分析。

        某高速鐵路隧道設計為單洞雙線隧道,時速為350km。進口里程DK913+650,出口里程DK913+852,隧道全長202m,均為V級圍巖。在DK913+705處揚子公路垂直跨過隧道洞頂,隧道拱頂距離揚子公路路面5.0米,采用CD法施工。隧道橫斷面及支護參數詳見圖1。

        圖1 隧道支護結構斷面圖

        1 數值模擬分析

        1.1 交通荷載的簡化

        隧道頂部的楊子公路雖然只是三級公路,但是地處長沙市城鄉(xiāng)交界處,且附近倉庫很多,重型車輛頻繁,根據《公路橋梁設計通用規(guī)范》,路面交通荷載按20KN/m考慮。

        1.2 計算模型的建立

        采用ADINA有限元計算軟件,根據地下結構的計算原理,隧道開挖影響范圍為洞徑的3~5倍,并根據隧道圍巖地質條件,隧道橫斷面方向取90m,深度為38m。模型的左右邊界上施加水平方向的約束,下部邊界上施加豎直方向的約束,上部為自由邊界條件。

        在計算中圍巖、路面基層和墊層計算力學模型選用Mohr-Coulomb彈塑性模型,路面、初期支護、臨時支護和錨桿選用彈性模型。

        計算參數的選取見表1。

        表1 圍巖及支護的物理力學參數

        1.3 計算結果分析

        1.3.1 應力分析

        隧道初期支護各施工開挖部的應力見圖2。

        圖2 隧道初期支護各開挖部應力圖

        從圖2可知,各開挖部的最大應力為12.9MPa,小于C30噴射混凝土極限抗壓應力16.5MPa,所以初期支護結構滿足安全要求。

        1.3.2 塑性區(qū)分析

        隧道施工開挖過程中的塑性區(qū)分布見圖3~5。

        圖3 隧道第2部開挖塑性區(qū)分布圖

        圖4 隧道第4部開挖塑性區(qū)分布圖

        圖5 隧道第5部開挖塑性區(qū)分布圖

        由圖3~5分析可知,在隧道每開挖部圍巖塑形區(qū)主要集中在兩側邊墻和底部,隧道頂部范圍內基本上沒有出現塑性區(qū),這與頂部大管棚預支護、小導管預支護有關。根據塑性區(qū)計算結果,在每開挖部均應設置鎖腳錨桿,并根據現場施工情況,可以考慮在中隔墻上增設臨時注漿錨桿。

        2 結論

        通過數值模擬計算分析得出的隧道周圍地層塑性區(qū)分布和應力狀態(tài),能夠為地層加固措施及輔助施工方案的選擇提供必要的理論依據。從計算結果可知,按照設計方案施工,地層穩(wěn)定、支護結構安全。

        [1]朱正國,賈曉云,等.暗渠下穿高速公路施工過程的數值模擬及工程應用[J].巖土力學,2009.6.

        [2]樓曉明,鄭俊杰,等.隧道施工引起的地表變形數值模擬[J].鐵道工程學報,2007.9.

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