亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        隧道開挖斷面應(yīng)力變形特性及施工工藝優(yōu)化研究

        2022-10-22 05:14:34滕濟(jì)偉
        西部交通科技 2022年7期
        關(guān)鍵詞:基準(zhǔn)線拱頂臺(tái)階

        滕濟(jì)偉

        (廣西桂商實(shí)業(yè)投資有限公司,廣西 南寧 530011)

        0 引言

        隨著我國基建設(shè)施的不斷拓展與完善,較多的山區(qū)隧道項(xiàng)目逐漸開工建設(shè)。隧道圍巖穩(wěn)定性關(guān)乎隧道安全施工與長(zhǎng)期運(yùn)營,而隧道穩(wěn)定性與圍巖應(yīng)力變形狀態(tài)息息相關(guān),由隧道圍巖應(yīng)力變形特性分析確定最優(yōu)施工方案或工序是當(dāng)前隧道設(shè)計(jì)的一種重要技術(shù)方法。隧道作為人工開挖結(jié)構(gòu),在施工過程中需要格外注意圍巖應(yīng)力變形特性,圍巖應(yīng)力變形特性與時(shí)間[1]、圍巖級(jí)別[2]、圍巖強(qiáng)度參數(shù)[3]等均有一定的聯(lián)系。隧道圍巖穩(wěn)定性分析中,胡夢(mèng)濤、劉佳等[4-5]采用理論推導(dǎo)方式,計(jì)算獲得隧道應(yīng)力與變形參數(shù)變化特征,為分析隧道開挖過程中支護(hù)結(jié)構(gòu)、襯砌方式等提供重要依據(jù)。當(dāng)然,相比之下數(shù)值仿真計(jì)算更能夠?yàn)楦咝Ы鉀Q不同施工方案、不同荷載工況等多類型工程提供應(yīng)力變形分析,采用如ANSYS[6]、FLAC 3D[7]等計(jì)算平臺(tái),研究隧道斷面應(yīng)力與變形的發(fā)展趨勢(shì),為工程建設(shè)提供重要參考。本文基于隧道圍巖應(yīng)力變形理論計(jì)算與仿真分析,探討施工工藝優(yōu)化,為工程設(shè)計(jì)提高施工效率及安全穩(wěn)定提供計(jì)算佐證。

        1 工程概況

        本工程項(xiàng)目位于廣西百色“橫5”高速公路樂業(yè)段,該隧道全長(zhǎng)850 m,采用雙洞口進(jìn)出形式,左右進(jìn)出洞口半弧圓點(diǎn)之間的距離為15.2 m,與大地水準(zhǔn)面高程相比,入口設(shè)計(jì)絕對(duì)高程達(dá)1 705.25 m,洞口寬度設(shè)計(jì)為17.2 m,洞口高達(dá)4.8 m,隧道支撐錨桿最深處可達(dá)105 m,采用新奧法施工開挖隧道。新奧法施工設(shè)備見圖1。隧道公路出口設(shè)計(jì)為拱跨式,出口高度與入口高度相差不大,絕對(duì)高程達(dá)1 704.68 m,內(nèi)部公路設(shè)計(jì)為六車道,按一級(jí)高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。隧道開挖采用臺(tái)階法施工,超前支護(hù)采用砂漿錨桿,選用φ25 mm錨桿材料,錨桿間距為0.8 m,其鋼筋網(wǎng)架鋪設(shè)φ10 mm鋼筋,間距為0.7 m;隧道開挖設(shè)計(jì)為二級(jí)防水,圍巖鋪蓋柔性材料,上、下臺(tái)階開挖時(shí)確保錨桿預(yù)應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)要求[8]。初期支護(hù)要求錨桿具備40%設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力。洞室開挖過程中設(shè)置有注漿導(dǎo)管,鉆孔厚度為3 mm,以確保支護(hù)結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。

        圖1 新奧法施工設(shè)備斷面圖(mm)

        該隧道上部為第四紀(jì)季覆蓋土層,并混有中等風(fēng)化程度的砂礫石,隧道開挖下部基巖為石炭系統(tǒng)的含炭灰?guī)r,巖體整體強(qiáng)度普遍較高,承載能力較強(qiáng),但下伏基巖受開挖爆破影響,巖體含有較多節(jié)理構(gòu)造,部分巖體出現(xiàn)破碎,影響巖體整體強(qiáng)度。隧道流徑內(nèi)主要分布有地下水,存在于基巖上覆土層及基巖孔隙中,地下水位為25.3 m。季節(jié)降水明顯,枯水季節(jié)土層中水分蒸發(fā)散盡;雨水季節(jié),受大氣降水影響,在含炭灰?guī)r破碎帶及地質(zhì)構(gòu)造帶處會(huì)出現(xiàn)較少量的富水區(qū)段。隧道整體受地下水影響較弱。

        2 隧道圍巖應(yīng)力變形特征

        2.1 應(yīng)力特征

        隧道在開挖建設(shè)過程中,造成原有巖體應(yīng)力擾動(dòng),在巖石內(nèi)部孔隙重分布作用下達(dá)到平衡后,內(nèi)部應(yīng)力分布稱之為隧道圍巖應(yīng)力。圍巖應(yīng)力一方面受巖體外部荷載及環(huán)境影響,另一方面與巖體自身構(gòu)造、結(jié)構(gòu)、巖體礦物成分等內(nèi)在因素有關(guān)。計(jì)算圍巖應(yīng)力的方法較多,本文將采用謝家烋理論公式開展本工程項(xiàng)目隧道圍巖應(yīng)力計(jì)算分析。

        (a)隧道斷面幾何剖面

        (b)計(jì)算模型圖2 謝家烋理論公式簡(jiǎn)化模型圖

        圖2為謝家烋理論公式的隧道簡(jiǎn)化模型。以洞室上端EFGH巖土層理想下滑為前提[9],但由于圍巖體并不是一個(gè)理想的摩擦角滑動(dòng),需要根據(jù)具體圍巖分級(jí)確定摩擦角θ。同樣,此時(shí)巖土層也會(huì)受到抗摩擦力T′,阻礙EFGH的下滑,因此在洞口上端HG方向上受到的豎直壓力可認(rèn)為是圍巖豎向壓力。由巖土層理想平衡狀態(tài)建立表達(dá)式,其中豎向壓力為:

        G=W-2T′=W-2Tsinθ

        (1)

        式中:W——BtγH;

        Bt——隧道跨徑長(zhǎng)。

        下滑阻力T與DB條巖土體有關(guān),DB條巖土體自重可采用式(2)計(jì)算:

        (2)

        式中:h——計(jì)算巖土體的高度;

        β——巖土材料破裂面水平向夾角。

        故而得到下滑阻力T計(jì)算式為:

        (3)

        式中:θ——圍巖體摩擦角;

        φ——洞口上部巖體摩擦角。

        因而,可獲得巖體在滑移極限平衡狀態(tài)下下滑阻力T的極大值為:

        (4)

        進(jìn)而獲得圍巖豎向壓力為:

        G=W-γh2λtanθ

        (5)

        其中巖土體高度在隧道開挖過程中可近似認(rèn)為與圍巖頂端巖土層高度一致,故而h≈H,聯(lián)立式(1)~(5)進(jìn)而得到圍巖豎向壓力為:

        G=γHBt-γλH2tanθ

        (6)

        最后,求得圍巖體豎直應(yīng)力為:

        (7)

        謝家烋理論公式計(jì)算模型中,水平向應(yīng)力計(jì)算較為簡(jiǎn)便,采用土體力學(xué)中擋土墻壓力計(jì)算理論可知:

        σe=γHλ

        (8)

        根據(jù)地質(zhì)勘察表明,本工程項(xiàng)目開挖隧道巖體重度為22 kN/m3,洞口寬度設(shè)計(jì)為17.2 m,隧道高度為11.33 m,隧道圍巖為Ⅴ級(jí),巖土材料參數(shù)φ=28°。當(dāng)隧道圍巖體為Ⅵ級(jí)時(shí),圍巖體摩擦角θ為9.8°,參照謝家烋理論公式計(jì)算模型,獲得豎向應(yīng)力與水平應(yīng)力分別為510.387 kPa、257.28 kPa。為驗(yàn)證所計(jì)算的極限應(yīng)力特征值的正確性,采用ABAQUS軟件建立隧道圍巖計(jì)算模型,共獲得網(wǎng)格單元62 582個(gè),節(jié)點(diǎn)數(shù)46 328個(gè),按照隧道洞室特征面分為拱頂、上基準(zhǔn)線斷面與下基準(zhǔn)線斷面。在前述巖土體參數(shù)基礎(chǔ)上,計(jì)算獲得隧道圍巖體豎向應(yīng)力與水平應(yīng)力,如圖3所示。

        (a)豎向應(yīng)力

        (b)水平應(yīng)力圖3 豎向應(yīng)力與水平應(yīng)力仿真計(jì)算數(shù)值解云圖

        從圖3可看出,該隧道圍巖體豎向應(yīng)力最大值為509.37 kPa,水平應(yīng)力最大值為258.32 kPa,兩者結(jié)果與理論模型結(jié)果近乎一致,最大誤差均維持在1 kPa左右,表明“橫5”樂業(yè)段隧道工程圍巖應(yīng)力分析可采用ABAQUS數(shù)值仿真解分析。

        另一方面,分析圖3中應(yīng)力分布特征可知,隧道圍巖洞室下端應(yīng)力分布區(qū)域弱于上部,隧洞下部水平應(yīng)力分布為34~133 kPa,上部應(yīng)力分布與之有60.5%~90.5%的差距;而豎向應(yīng)力在上、下部差幅可達(dá)82.3%~1.52%倍,表明隧洞圍巖豎向上應(yīng)力分布受上、下工程擾動(dòng)影響更大?;趪鷰r承載穩(wěn)定性考慮,在施工過程中,圍巖自身具有一定的承載強(qiáng)度,因而開挖過程中,可在一定程度上利用圍巖洞室的自我承載力進(jìn)行施工支護(hù),節(jié)省施工錨桿的工期。

        2.2 變形特征

        在施工過程中設(shè)置圍巖變形監(jiān)測(cè)計(jì),采集圍巖變形特征值。該隧道工程開挖時(shí)間從2015-02-01開始,至2015年4月底結(jié)束第一階段開挖。本文為分析方便,以圍巖2015-02-08至2015-04-04的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為分析對(duì)象。且由于變形監(jiān)測(cè)計(jì)分布在隧道圍巖各個(gè)區(qū)域,本文以隧道圍巖斷面中部變形監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

        圖4為采用三臺(tái)階七步法開挖施工過程中危險(xiǎn)斷面處拱頂沉降累積曲線與沉降速率曲線。從圖4可看出,隨著時(shí)間推移,拱頂沉降速率逐漸降低,2月13日拱頂變形速率為1.5 mm/d,而在3月5日變形速率僅為0.48 mm/d,整體上變形速率在減小。從變形速率的變化趨勢(shì)來看,其經(jīng)歷了“三降”過程,分別發(fā)生于初始開挖、2月23日、3月10日這三個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn),與三臺(tái)階施工進(jìn)度相一致,這表明每一次臺(tái)階開挖都會(huì)導(dǎo)致拱頂變形速率下降。自3月20日以后,即施工40 d后,拱頂沉降速率逐漸降低至0 mm/d,沉降量累計(jì)值也逐漸達(dá)到飽和值154 mm,全過程變形分布為20~154 mm,在開挖30 d之后,沉降量累計(jì)值已達(dá)到150 mm,占最終沉降量飽和值的90.3%,表明該隧道圍巖拱頂沉降變形主要集中在施工前1個(gè)月內(nèi)?;谧钚《朔〝M合出拱頂沉降量累計(jì)曲線與時(shí)間的冪函數(shù)關(guān)系,其表達(dá)式如下:

        y=170.47-187.18×0.75x

        (9)

        式中:y——累計(jì)變形;

        x——施工時(shí)間。

        (a)累計(jì)變形

        (b)變形速率圖4 拱頂沉降累計(jì)值曲線與沉降速率曲線圖

        圖5為隧道圍巖斷面中部處上、下基準(zhǔn)線變形收斂曲線。從圖中隧道圍巖上基準(zhǔn)線收斂變形曲線可看出,上基準(zhǔn)線收斂速率可分為三個(gè)階段:在施工開挖前10 d,基準(zhǔn)線收斂速率逐漸降低至0.2 mm/d,基準(zhǔn)線收斂值逐漸增加,增加量達(dá)6 mm,該階段內(nèi)收斂變形值占整個(gè)上基準(zhǔn)線總變形的47.7%;在施工開挖第10~35 d,基準(zhǔn)線收斂速率產(chǎn)生較大波動(dòng)性,最大和最小變形速率差距可達(dá)0.75 mm/d,該階段內(nèi)基準(zhǔn)線收斂累計(jì)值上升趨勢(shì)也較為緩慢,該過程維持25 d,但收斂值僅增長(zhǎng)了6 mm;施工第35 d后,上基準(zhǔn)線收斂值逐漸趨于穩(wěn)定,收斂速率也趨近于零。綜合分析可知,斷面上基準(zhǔn)線變形速率在第二臺(tái)階開挖時(shí)會(huì)出現(xiàn)局部速率波動(dòng)式振幅變化,但其變形速率處于可控狀態(tài),累計(jì)變形并未超過安全允許值。

        (a)上基準(zhǔn)線

        (b)下基準(zhǔn)線圖5 上、下基準(zhǔn)線收斂變形及變形速率曲線圖

        從圖5隧道圍巖下基準(zhǔn)線收斂速率曲線可看出,從施工開挖至3月5日,收斂速率呈波動(dòng)性,但整體速率放緩,收斂累計(jì)值達(dá)8 mm,該過程累計(jì)值占總下基準(zhǔn)線飽和收斂變形值的98%。在此之后,下基準(zhǔn)線收斂變形呈飽和狀態(tài),收斂速率趨于零。對(duì)比上、下基準(zhǔn)線斷面上的收斂累計(jì)變形差異可知,在三臺(tái)階施工全周期內(nèi),下基準(zhǔn)線累計(jì)收斂變形分布為1~8.35 mm,累計(jì)最大收斂變形值較上基準(zhǔn)線處最大變形值減少了35.8%,且在三臺(tái)階施工各階段中收斂變形值均低于上基準(zhǔn)線斷面。相比之下,下基準(zhǔn)線上收斂變形速率與上基準(zhǔn)線基本一致,表明隧道斷面基準(zhǔn)線上的變形速率與方向一致,不受上、下基準(zhǔn)線影響,但由于上、下基準(zhǔn)線處圍巖變形差異,導(dǎo)致兩者差異體現(xiàn)在變形累計(jì)值。

        圖6為典型斷面處拱頂、上基準(zhǔn)線、下基準(zhǔn)線在特征時(shí)間點(diǎn)時(shí)的變形量占比。在同一特征時(shí)間點(diǎn)下,拱頂變形累計(jì)量占比最低,而下基準(zhǔn)線收斂變形累計(jì)占比高于上基準(zhǔn)線。施工第10 d時(shí),下基準(zhǔn)線收斂變形占比已達(dá)到其總變形的60%,而拱頂、上基準(zhǔn)線的收斂變形還未過半,表明同一斷面處不同部位的收斂變形具有階段性變化差異。在施工開挖20~25 d時(shí),下基準(zhǔn)線處收斂累計(jì)變形達(dá)到飽和狀態(tài),而拱頂、上基準(zhǔn)線分別在第40 d、35 d左右才達(dá)到飽和狀態(tài),由此表明在施工開挖過程中,拱頂面及上、下基準(zhǔn)線施工工序可以此作為優(yōu)化。

        圖6 典型斷面不同區(qū)域變形累計(jì)量占比曲線圖

        3 隧道施工工藝優(yōu)化探討

        根據(jù)該隧道圍巖應(yīng)力與變形特征值,考慮采用三臺(tái)階八步法施工工藝[10]。其中,根據(jù)前文應(yīng)力與變形特征分析知,開挖過程中需要注意臺(tái)階寬度與拱頂變形值,因而設(shè)計(jì)施工工藝流程如圖7所示。

        圖7 隧道施工優(yōu)化工序流程圖

        為此,采用ABAQUS仿真平臺(tái)對(duì)三臺(tái)階八步法施工工藝優(yōu)化后的隧道斷面收斂累計(jì)變形值進(jìn)行計(jì)算,以斷面拱頂處變形為分析對(duì)象,如圖8所示。

        從圖8(b)中可知,由于施工工藝仍是三臺(tái)階法施工,因而拱頂上收斂變形速率仍呈“三階段”變化特征,但各階段變形速率持續(xù)時(shí)間有所縮短;另一方面,收斂累計(jì)變形值與時(shí)間參數(shù)仍具有冪函數(shù)關(guān)系。第一階段中變形速率下降最快,持續(xù)6 d,該階段最終變形速率為0.5 mm/d,收斂累計(jì)變形達(dá)26 mm,占拱頂全施工周期內(nèi)變形量的27.6%。相比之下,第二階段中收斂變形速率較小,為0.5~2.2 mm/d,持續(xù)時(shí)間為7 d,累計(jì)變形增長(zhǎng)量為62 mm,該階段內(nèi)所達(dá)到的收斂累計(jì)變形占總體變形量的66%。第三階段中變形速率較穩(wěn)定,最大變形速率為1.33 mm/d,累計(jì)收斂變形基本達(dá)到最大值,處于較“飽和”狀態(tài)。相比七步法施工,八步法施工工藝下拱頂上收斂累計(jì)最大變形值為94 mm,較前者減少了41.4%。且該施工工藝下各個(gè)臺(tái)階工法施工后,拱頂變形具有穩(wěn)定期,有利于洞室支護(hù)施工;另一方面,變形速率波動(dòng)幅度較小,收斂累計(jì)變形在第20~25 d達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),對(duì)臺(tái)階法工期控制具有正面作用。

        (a)累計(jì)變形

        (b)變形速率圖8 拱頂累計(jì)變形與變形速率曲線圖(三臺(tái)階八步法)

        4 結(jié)語

        (1)本文基于理論模型計(jì)算與數(shù)值模擬兩種手段,獲得隧道圍巖理論模型與數(shù)值模擬結(jié)果的應(yīng)力特征值基本一致,圍巖豎向應(yīng)力與水平應(yīng)力最大分別為509.37 kPa、258.32 kPa,且洞室下部應(yīng)力弱于上部。

        (2)三臺(tái)階七步法施工工藝下,拱頂變形集中在1個(gè)月內(nèi),變形速率為遞減;下基準(zhǔn)線變形累計(jì)值低于上基準(zhǔn)線,但收斂變形速率與上基準(zhǔn)線基本一致;同一特征時(shí)間點(diǎn),拱頂變形累計(jì)量占比最低。

        (3)三臺(tái)階八步法施工工藝優(yōu)化后,拱頂變形穩(wěn)定性較好,在第20~25 d達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),收斂變形累計(jì)最大值較七步法減少了41.4%,有利于控制隧道斷面變形與施工周期。

        猜你喜歡
        基準(zhǔn)線拱頂臺(tái)階
        碳交易市場(chǎng)體系中的碳排放基準(zhǔn)線:應(yīng)用實(shí)踐、研究進(jìn)展與展望
        方斗山隧道拱頂FLAC沉降模擬及修正
        立式圓筒拱頂儲(chǔ)罐排版技術(shù)及控制方法
        走在除法的臺(tái)階上
        大型拱頂儲(chǔ)罐三角形板式節(jié)點(diǎn)網(wǎng)殼正裝施工工藝
        地鐵隧道施工拱頂下沉值的分析與預(yù)測(cè)研究
        臺(tái)階
        小說月刊(2015年11期)2015-04-23 08:47:31
        77級(jí)臺(tái)階
        走在“除法臺(tái)階”上
        亚洲日韩成人无码不卡网站| 欧美性巨大╳╳╳╳╳高跟鞋 | 无码中文字幕久久久久久| 亚洲av天堂一区二区| 亚洲人成网站18禁止| 中国熟妇人妻xxxxx| 色爱无码A V 综合区| 日本中文字幕人妻精品| 一本色道久久亚洲综合| 欧美精品v国产精品v日韩精品| 无码的精品免费不卡在线| 亚洲人妖女同在线播放| 青青草骚视频在线观看| 日本高清h色视频在线观看| 亚洲日韩图片专区小说专区| 狠狠综合久久av一区二区| 国产高清在线精品免费| 国产毛片三区二区一区| 亚洲综合日韩一二三区| 国产熟妇按摩3p高潮大叫| 欧美a在线播放| 最新亚洲视频一区二区| 人人妻人人添人人爽欧美一区| 国内精品久久久久久中文字幕| 亚洲AV无码国产精品久久l | 最新国产激情视频在线观看| 亚洲成a人片在线观看无码3d| 在线观看免费午夜大片| 亚洲欧美日韩专区一| 亚洲一区二区三区综合网| 久久日日躁夜夜躁狠狠躁| 人妻丝袜无码国产一区| 中字亚洲国产精品一区二区| 少妇精品揄拍高潮少妇桃花岛| 亚洲中文字幕一区精品自拍| 人妻丰满av∨中文久久不卡| 亚洲视频精品一区二区三区| 日韩 亚洲 制服 欧美 综合| 国产av无码专区亚洲av琪琪| 亚洲AV小说在线观看| 熟女肥臀白浆一区二区|