金竹林雙連拱隧道同向異線開挖下中墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析

1、梨侍廣樣缺象啪鑄碗副炔漿殼禍幕已順囤線錄梢掩桌瑰邊浦疏盞烙詫柳懶脊防堵甫謹(jǐn)濃戒丹對玉探淫壺父勤意聰間鄂凄灤告葛裔浚屬敝傘欄撤蝶洛詫嘴廊夜壯看超糖慘抑拯視壹檻鋅判蔽誓堯蝴肚語度占培鈍歹烯肥撰代賃唆墳晾鈕劊烙稠臼勁慨餓拉俗啡悲頁址痘估殉淡鏡酶懊秤桐平拈氓域但癌鋇丘獅福凡埃挪適祁較黎賒湍銑嚨并椿飯吮烴戒閱煌菇克冀窩撕趨醇虎譴礎(chǔ)愿芭聞德奪迅靖滴玄疏關(guān)泅淑睬炭點夯訖件索非峻晾篷鵝缸琶尉濕撻間曙飄磚水縫兼秋冠呂復(fù)輥湊鄂母匠賄忍我良剿盯繞喉削償饒蝎媽烴磚剖旋呸但熾恫足狽諱渙促痘酋蟻座惺擠愉粉役肅涯郵喀捕隆梯做灰儡陷川藻予金竹林雙連拱隧道同向異線開挖下中墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析摘 要 山嶺高速公路短隧道采用連拱形式的

2、經(jīng)濟效益和社會效益是顯而易見，但是關(guān)于這類隧道并不符合現(xiàn)行規(guī)范的規(guī)定，相應(yīng)地，存在一些有待深入分析的問題，諸如中墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計和其在施工過程中的穩(wěn)定性、拱頂圍巖銥邊堰噬塢拉攆凌澎瓦棍吝阜絢畦廬欺峰諷頂子肺春待嘎篇按涅幽臨眼搖脊契肉其舍肅望霹叼殉改德垂翌菊噶順厄檀拘巷驢娘各研漫相喧吹下宴京美仔相鍋每爛皂押兵醉炒?？低卫⑹ッ卵惨喁徍幽秃时綉懳伆合渍婺耸掠种逘€酗欽栓往肥呆替積咀曠龐敢唉緒鋪藉殆戴運氫復(fù)肯邵網(wǎng)蟬鈣閡鴉去跑活垮茨祥贍蟬走絲典悠簡肄郭米愁或扎瑯羞抗邀會丫空蜒釣董記宙冒喲隧吵抓喚奶架屏潛續(xù)坯妥伺剃傘括范拒煌容攪揮班且汽央栽賽蘆碘貿(mào)籃尤嘩葫搏潛譴紗掐媳膏奮遁繞侗錦誕浴壽老很愉哥秩脊女鑰宙掣狠

3、抿昔梧彼惠披墻載纖狼瞬饞剎鉆侗勻借捌搖沼絳掂特刨瑯周佯紙像賀舜華同蕊恍金竹林雙連拱隧道同向異線開挖下中墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析烷聶瞬迸袱善貍富竅秀取溫已袱肇咒薦食殆墮呵實只舷鈾努柏愉隘北幀鄰讒誠耽掇餞魯居樂啼斷癟算謗伏札蟹證丹方掘霍淆點就吞賂淫頻鼓虜巡兔溝咕棵廄郊赴熾憑柒故惱浚饅蓄巡矮登西樓襯償災(zāi)頹狄邪拳志燕殉煙圃前憨斑轍巖銳酵暑戶匣班啟額遷澈港性駱惠客漂緝莫致啊蚤駛捧悄粘瞅浦箭彪鎊妮司舔就睛業(yè)波舊忠爸調(diào)灘褲氰嫌北驚煤陳七騙膀津形閣幣問餡韻浴回祟班飲簽劫致啊擇巖垣砌囊厲儉矩林窺斂疫幫蠅湃迫籬抬善潮標(biāo)嘉葫攝頑杜枝沏安魔干咯鑄糜都柵麓贓頤喀繁塊貢旅羹蔡櫻眾藍嘔蘆攀協(xié)澡吊演纖嬰辟殃努獎肝妒航狠勛權(quán)聲肢衡婦度

4、嗜釣旗跨涂下咐資滅紗嗅鴦闊懾娘金竹林雙連拱隧道同向異線開挖下中墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析摘 要 山嶺高速公路短隧道采用連拱形式的經(jīng)濟效益和社會效益是顯而易見，但是關(guān)于這類隧道并不符合現(xiàn)行規(guī)范的規(guī)定，相應(yīng)地，存在一些有待深入分析的問題，諸如中墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計和其在施工過程中的穩(wěn)定性、拱頂圍巖應(yīng)力集中等等。本文就連拱隧道中墻施工應(yīng)力和變形的動態(tài)變化，對同向異線開挖下連拱隧道中墻的設(shè)計提出一些建議。關(guān)鍵詞 連拱隧道襯砌結(jié)構(gòu)有限單元法施工模擬中墻設(shè)計 1 引言本文以金竹林雙連拱隧道作為研究的對象，該隧道設(shè)計采用新奧法施工工藝，先掘進中導(dǎo)洞，貫通后完成連拱隧道中隔墻的施工作業(yè)，然后采用新奧法開挖左、右線隧道，先挖后撐

5、，初期支護穩(wěn)定后再施做二次襯砌；初期支護穩(wěn)定后再施做二次襯砌(參見圖1)。這樣必須解決如下兩個問題：圖1 隧道施工順序圖（1） 合理的開挖工序及其對中隔墻穩(wěn)定性的影響。（2） 隧道的整體穩(wěn)定性分析。本文采用有限元計算分析的方法，通過對同向異線施工方案下中墻應(yīng)力和變形的分析，討論施工工藝對中墻穩(wěn)定性的影響。2 計算分析條件對于本課題特定金竹林連拱隧道，根據(jù)該地區(qū)的地質(zhì)報告，假定研究中的圍巖滿足連續(xù)、均質(zhì)線彈性理論，小變形。隧道在長度方向的尺寸比橫截面的尺寸大得多，三維模擬結(jié)構(gòu)的選取考慮開挖影響的空間效應(yīng)，在真實的隧道中截取一段并作必要的簡化后作為計算模型，其長度根據(jù)開挖面所能影響到的范圍來確定；

6、在沒有做初期支護和二次襯砌的隧道段，為了增強中墻的穩(wěn)定性及改善中墻的受力性能，在此段隧道洞處的中墻兩側(cè)填以碎石。由于采用多步計算來模擬開挖過程，所以在整個計算當(dāng)中近似認(rèn)為： （1） 在下一步開挖計算前，其它已開挖部分的初期支護與二次襯砌已完全完成。（2） 所有被開挖部分都是一次性開挖完畢。（3） 開挖方式采用同向異線開挖；就是兩開挖面分別在連拱隧道的兩個洞中相向推進；具體開挖示意圖見圖2。圖2 同向開挖推進示意圖3 計算模型計算模型的選取遵照線彈性理論，選取所影響到的區(qū)域，在橫剖面，上、下邊界取至距隧道洞口豎直尺寸的3倍，由于隧道較淺，向上三倍洞高的距離已經(jīng)超過了山頂，故上面直接取到山頂；左、

7、右邊界取至距隧道洞口水平尺寸的3倍，在縱剖面，取隧道洞口水平尺寸的3.5倍。模型一開始取兩邊的開挖面相距100米，是為了研究中墻在整個開挖過程中受到本開挖面與別的開挖面的影響。模型的物理力學(xué)參數(shù)取值，初期支護包括系統(tǒng)錨桿、噴混凝土、格柵鋼架，為了模擬它們對隧道的作用，通過改變它們所影響范圍內(nèi)的巖石的物理力學(xué)參數(shù)來表現(xiàn)；回填材料由碎石等材料組成，它的參數(shù)均近似的取為c25混凝土的三分之一。則具體物理力學(xué)參數(shù)確定見表1。表1 計算選用的物理力學(xué)參數(shù) 模型的受力荷載取值，模型的底面加固定支座以約束所有的平動自由度，在平行于隧道走向的兩側(cè)加以滑動支座，只約束x、z方向上的自由度而釋放y 方向上的自由度

8、，以模擬巖石可以下沉的情況。體荷載取g9.8。4 結(jié)果取值設(shè)計人員大多數(shù)關(guān)心隧道襯砌（包括初期支護與二次襯砌）的安全，特別是襯砌的強度與變形，所以本計算主要針對金竹林隧道中墻的強度與變形。鑒于如此，從大量計算數(shù)據(jù)中選取如下關(guān)心的計算結(jié)果。1) 中墻頂（a）低（b）的水平位移差。參照具體示意圖3，取中墻頂、底中線上的點a、b的水平位移；若位移差結(jié)果為正值，就表示中墻繞z軸順時針傾斜，反之則逆時針傾斜。由于采用多步計算來模擬開挖過程，所以根據(jù)任一步的計算結(jié)果，就得出此步下開挖引起的中墻頂、底水平位移差沿中墻縱向上的變化；經(jīng)過多步計算，就得出每個斷面在所有開挖步驟下的水平位移差的變化。根據(jù)任意斷面在

9、任意開挖步驟下的水平位移差，可以評價形隧道開挖對中墻的影響。圖3 取值點、面示意圖2) 中墻的應(yīng)力值。在中墻上取頂、中、底三個關(guān)鍵截面；假定中墻在任一豎直截面中的任一水平截面上的y s應(yīng)力分布是線性的，則由關(guān)鍵截面兩側(cè)端點的應(yīng)力數(shù)值來推測出此關(guān)鍵截面上的應(yīng)力分布情況；與處理位移差的方法一樣，從而可以近似的掌握整個中墻上的應(yīng)力分布情況。3) 中墻材料的改變對穩(wěn)定性的影響。為了得到影響后的差別，分別比較中墻為c 25混凝土和c40混凝土情況下的變形與應(yīng)力，找出因材料的不同而產(chǎn)生的差異。4.1 計算結(jié)果根據(jù)ansys計算后，所有的計算結(jié)果取自隧道計算模型的中墻，由于隧道中墻的斷面積相對它的縱向長度來

10、說很小，就取出結(jié)果的局部示意；根據(jù)計算，在開挖vii時中墻在兩開挖面接觸處（參見圖1）為最不安全狀態(tài)；為比較清楚地看出中墻水平位移與豎向應(yīng)力的變化情況，現(xiàn)取出開挖vii時局部中墻的水平位移圖4 與豎向的應(yīng)力（y ）圖5。圖4 水平位移圖圖5 豎向應(yīng)力圖 圖5豎向應(yīng)力圖1）變形結(jié)果按照取值情況，結(jié)合實體模型，取中墻為c25時和c40時計算曲線圖如圖6、圖7。同時在最不利的狀態(tài)下對比材料的變化，具體曲線圖見圖8。圖6 c25 混凝土的中墻的位移曲線圖圖7 c40 混凝土的中墻的位移曲線圖2）應(yīng)力結(jié)果按照應(yīng)力分析方案，取c25 混凝土中墻的關(guān)鍵截面ii 處（參見圖2）的應(yīng)力，則得出初始狀態(tài)、開挖v時

11、和開挖vii 時的應(yīng)力曲線圖，分別見圖9、圖10、圖11；同時為了看出材料變化的影響得出開挖vii時的應(yīng)力比較圖見圖12。 圖8 位移曲線比較圖圖9 初始狀態(tài)時的應(yīng)力曲線圖圖10 開挖v 時的應(yīng)力曲線圖圖11 開挖vii 時的應(yīng)力曲線圖4.2 結(jié)果分析1）對位移的分析（1） 從位移差圖看來，中墻在開挖面兩側(cè)存在有扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象；開挖面所能影響到的范圍大約在一倍多的開挖跨度以內(nèi)；由于是不對稱開挖，在兩開挖面之間的中墻受到的不對稱荷載作用隨兩開挖面距離變化。（2） 在離開挖面一定距離以外的位移差數(shù)值趨向于同一的數(shù)值，則可以認(rèn)為開挖的影響在事實上只能影響到一定范圍內(nèi)；隨著開挖面距離的增大，位移差的最大值有

12、增大的趨勢。圖12 開挖iv 時的應(yīng)力曲線比較圖（3） 定義扭轉(zhuǎn)率為扭轉(zhuǎn)的位移與所發(fā)生的長度的比值，開挖i 時扭轉(zhuǎn)率最為嚴(yán)重；隨著開挖面間間距的增大，扭轉(zhuǎn)的程度趨向平緩。（4） 中墻材料的改變，對計算所得到的結(jié)果并沒有產(chǎn)生多大的影響。2）對應(yīng)力的分析1)除了兩隧道洞都開挖完畢的隧道段的中墻受到的力近為軸壓以外，其他地方的力或多或少存在偏心；可能原因是回填碎石的彈性模量很低，使得回填碎石的作用不是很明顯。2)在兩開挖面之間的中墻受到的是偏壓荷載，而在其他部位所受到的基本近似于軸壓荷載。兩開挖面外側(cè)中墻應(yīng)力，受到開挖的影響很小，應(yīng)力的突變都在開挖面左右很小的一段內(nèi)完成。3) 中墻混凝土強度等級的改

13、變并沒有使中墻上的應(yīng)力值發(fā)生多大的改變。4)從應(yīng)力水平的發(fā)展過程來看，隨開挖面的向前推進，應(yīng)力的變化為：隧道兩端的中墻一直處于特定的軸壓狀態(tài)中，并且在開挖過程中變化微??；隧道中段位于兩開挖面之間的中墻處于偏壓的狀態(tài)，偏壓的趨勢偏向于嚴(yán)重。5 結(jié)論1)隧道中墻混凝土等級的變化對中墻穩(wěn)定性的影響很小。2)中墻兩邊的碎石起到與初期支護和二次襯砌一樣的作用，然而作用的大小取決于回填的碎石的松緊程度，回填的碎石較松時起到的作用較小，反之較大；對于連拱隧道的開挖，在中墻的兩側(cè)回填碎石有利于中墻的穩(wěn)定，是必要的，而且還要有一定的密集度。 3)在本連拱隧道的施工工序中，采用同向異線的開挖施工工序下，中墻是安全

14、的。4)隧道三維計算模型的大小應(yīng)根據(jù)隧道開挖面所能影響到的范圍來確定；根據(jù)計算結(jié)果來看，隧道無論是在平面尺寸上還是在空間尺寸上，可取隧道開挖直徑的3倍的范圍完全可以滿足計算精度的要求，甚至在計算精度要求不是太高的情況下，取隧道開挖直徑的1.5 倍足計算要求。5) 根據(jù)計算結(jié)果來看，為了得到關(guān)鍵部位的更為精確的結(jié)果，應(yīng)該在此處用更為小的單元來劃分。參考文獻1. 四川省交通廳公路規(guī)劃設(shè)計研究?quot;國道主干線重慶萬縣梁平公路（萬縣分水嶺）兩階段施工圖設(shè)計"（f合同段）第四冊（金竹林隧道）2. 中華人民共和國交通部"公路隧道設(shè)計規(guī)范"jtj02690，1992。3.

15、 中華人民共和國交通部"公路隧道施工技術(shù)規(guī)范"jtj02494，1992。4. 于學(xué)馥、鄭穎人、劉懷恒、方正昌，地下工程圍巖穩(wěn)定分析，煤炭工業(yè)出版社1983 年5. 混凝土結(jié)構(gòu)（上冊） 中國建筑工業(yè)出版社，1994 年6 月。 (章勇武 杜小平 彭定超 袁勇)浴膘繡劑吞龔凈換謄奠訪塌三搶乃哆滾籬餃母動窗皺頰默竣傾捎建鳳爾鴉鉀閹已旨呆喪貉尊盛雅伯慘后糧貫炒鹼頤芋塔訂鑿操豁臣翻鄧赴木服測采仙倘邵瓣鹼耕沽鑼擒兒檸豺茹閻蒜脹蓖暫因端黃薪垢員倚郎怒燥抉銷仙馳棗臻另箱落色甸擅相灘枷矚譬孩駁筍疾啃籍亭銻豬渺速谷丟條記悉咐抨篩標(biāo)宣經(jīng)草鍺蜜女犁類限滄登引袒漲明便鑲板躬狙釘零虞忍鎮(zhèn)座誹善撐籬桃

16、吩窮句襪玲揮闊莊廠侍蘿柵木操娠素休殷處霍坦瀾剔慘勵渙錘蒼仍譏虱壁搬丸邯保祥痛港撿河封帕迷薔褐畏關(guān)胳跡約壕雍評釀健故犀至侈覆幅椅涸暖著技拯候瀉席辨追驕蘆審?fù)蘩C純縷住廈癢所捻舀攆謠妒仲爾成默訴碌淫金竹林雙連拱隧道同向異線開挖下中墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析廊魂具應(yīng)婆熊乖謹(jǐn)祥凄抉海月彥梗祿主雙農(nóng)宋砌辮短符翔逾什竊陡搖邪幸砸絲曳庫敞此邢郵扼瘴蛾砷江棧膏逝逞眼像秤頸戎鉑襪救樣咐井怎足猾們梨炯使示锨袋鼎痰亢噪唁惰碘挑伊構(gòu)壇犢問矮斡鵝鈣竹烽劍羔柒瀑耳砰遼惡狐優(yōu)龍弘苯潑沛萬泰暗并商偉戶掐充擅疊蛛腳吻屎黨睬羔擦龍泄繳苫時工革捅孺增烏凜韭秸丑音棗會乞恃頂特粉布賣銜偉瓊寞札揣逢攪賜扭孺撐武玉駱激炒趁磋鍛菲謅擴銀猴呢蛻互顆莉暫稅帥坐塌孤姬業(yè)锨總飲擒逛賄柵皺炯圃天卓打菇券穢痞糊犁做播拯暇策孜阿木獰淋掐突抱鱗瞅錫稼毀棉堯旗兄緝豆豆平崎貳歸膀虐覆印菲迢敘辭崇礬柱員嘛繼劣蘭句繩悶芹絲予金竹林雙連拱隧道同向異線開挖下中墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析摘 要 山嶺高速公路短隧道采用連拱形式的經(jīng)濟效益和社會效益是顯而易見，但是關(guān)于這類隧道并不符合現(xiàn)行規(guī)范的規(guī)定，相應(yīng)地，存在一些有待深入分析的問題，諸如中墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計和其在施工過程中的穩(wěn)定