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        破碎帶空間分布對(duì)隧道變形特性的影響

        2024-08-16 00:00:00彭軍馮紅春岳克棟
        人民黃河 2024年7期

        摘 要:以某長(zhǎng)距離引調(diào)水工程中的檢修隧道為例,通過二維和三維有限元分析,對(duì)不同破碎帶空間位置影響隧道施工變形的規(guī)律進(jìn)行了研究,以期為隧道襯砌設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支撐。所研究的影響因素包括破碎帶的走向、傾角、寬度、破碎帶到隧道的間距L、隧道埋深及側(cè)壓力系數(shù)。通過影響因素的不同組合來模擬不同的工況,以此獲得隧道開挖過程中拱頂下沉、隧道收斂、仰拱隆起的變化規(guī)律。結(jié)果表明:傾角較小時(shí)拱頂下沉量較大,收斂量較小,而傾角較大時(shí)相反;隧道變形隨L 的增大而減小,當(dāng)L>0.4D( D 為洞徑)時(shí)變形趨于穩(wěn)定;隧道變形隨著埋深的增大而增大;隧道拱頂下沉量隨側(cè)壓力系數(shù)的增大而減小,且傾角越小下沉量越大,而隧道收斂量呈相反趨勢(shì);相比之下,破碎帶走向與開挖方向斜交時(shí)隧道的拱頂下沉、仰拱隆起和收斂量更大。

        關(guān)鍵詞:隧道;破碎帶;空間分布;有限元分析;變形;南水北調(diào)后續(xù)工程

        中圖分類號(hào):U45 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A doi:10.3969/ j.issn.1000-1379.2024.07.025

        引用格式:彭軍,馮紅春,岳克棟.破碎帶空間分布對(duì)隧道變形特性的影響[J].人民黃河,2024,46(7):148-153.

        在跨流域長(zhǎng)距離的引調(diào)水工程中,受地形條件限制,隧道輸水是主要的輸水方式之一。南水北調(diào)工程涉及長(zhǎng)江、黃河、淮河和海河四大流域,2022 年開工的引江補(bǔ)漢工程是南水北調(diào)后續(xù)工程首個(gè)開工的項(xiàng)目,其全程采用隧洞輸水,共布設(shè)11 條平洞作為檢修隧道,均為馬蹄形布設(shè),建筑物級(jí)別為2 級(jí)。檢修隧道斷面大、洞線長(zhǎng),局部洞段地質(zhì)條件差,且經(jīng)過多處破碎帶,故研究不同破碎帶空間位置對(duì)隧道施工變形的影響顯得尤為重要,可為隧道后期襯砌設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支撐。

        破碎帶是隧道修建中常見的不良地質(zhì)體,在這種條件下施工,極易造成隧道塌方和變形,對(duì)工程建設(shè)和構(gòu)筑物安全帶來極大的威脅。許多學(xué)者為此開展了研究:崔嵐等[1] 對(duì)在破碎帶圍巖條件下利用臺(tái)階法與單側(cè)壁導(dǎo)坑法施工時(shí)隧道的圍巖變形和初期支護(hù)應(yīng)力進(jìn)行了分析;基于同樣的思路,李文東[2] 利用有限元軟件對(duì)不同工法施工時(shí)軟弱破碎帶隧道圍巖變形規(guī)律進(jìn)行了分析;王飛等[3] 基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬試驗(yàn)分析了隧道穿越破碎帶時(shí)拱頂下沉和隧道收斂變形規(guī)律;宋龍斌等[4] 通過在隧道斷面埋設(shè)監(jiān)測(cè)元件對(duì)隧道穿越破碎帶時(shí)圍巖變形與支護(hù)受力進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè),分析了隧道穿越富水?dāng)鄬悠扑閹r(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)受力及變形特征。此外,張結(jié)紅等[5] 對(duì)地鐵隧道以30°、60°和90°三種不同角度穿越地裂縫時(shí)的變形進(jìn)行了有限元分析。胡志平等[6-7] 分別研究了隧道以40°和60°角度斜穿地裂縫時(shí)的變形破壞機(jī)制。朱啟東[8] 通過模型試驗(yàn)和有限元分析,對(duì)盾構(gòu)隧道管片襯砌結(jié)構(gòu)以30°角度斜穿地裂縫時(shí)襯砌結(jié)構(gòu)的變形破壞特征和作用機(jī)理進(jìn)行了分析??梢钥闯觯瑢?duì)隧道穿越破碎帶的研究涵蓋了有限元模擬不同施工方法對(duì)隧道變形的影響、變形監(jiān)測(cè)、監(jiān)測(cè)和模型試驗(yàn)結(jié)合,以及隧道以不同角度穿越地裂縫時(shí)的變形規(guī)律。但在這些研究中,針對(duì)破碎帶特征(如寬度、間距等)和不同應(yīng)力環(huán)境(埋深和側(cè)壓力系數(shù)等)對(duì)隧道變形的影響并未考慮。同時(shí),這些研究對(duì)隧道不同位置變形的分析也較為薄弱。因此,本文以南水北調(diào)后續(xù)工程引江補(bǔ)漢工程大深度隧道為研究對(duì)象,分析破碎帶的空間特性及幾何條件對(duì)隧道變形特性的影響,利用二維和三維有限元模型對(duì)隧道開挖過程中的變形進(jìn)行模擬,得出了不同破碎帶走向和傾角對(duì)隧道變形特性的影響規(guī)律,進(jìn)而分析了側(cè)向壓力系數(shù)和隧道埋深對(duì)變形的影響。

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