水工隧洞施工仿真研究.pdf

1、本文主要是以中部引黃工程1＃主洞段作為研究對(duì)象，引黃工程1＃隧洞穿越三種圍巖類別，總長(zhǎng)為15.5 km。分別為Ⅲ類圍巖長(zhǎng)約2.7km，Ⅳ類長(zhǎng)約5.9km，Ⅴ類圍巖長(zhǎng)約6.9 km。采用城門洞型。針對(duì)1＃隧洞的圍巖狀況，本文主要對(duì)施工方法進(jìn)行了確定，并對(duì)其進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，得到了施工受力值，同時(shí)又主要采用了ANSYS數(shù)值模擬，得到了施工薄弱點(diǎn)以及施工受力值，為施工支護(hù)等工程措施的設(shè)計(jì)提供了計(jì)算的依據(jù)。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　(1)隧洞施

2、工過程包括開挖過程模擬、支護(hù)模擬、襯砌體模擬三個(gè)階段。
　　(2)對(duì)現(xiàn)行隧道施工技術(shù)進(jìn)行了分析，根據(jù)現(xiàn)有隧洞地質(zhì)條件及現(xiàn)有施工技術(shù)，1＃主洞段采用上下臺(tái)階法較為合理。
　　(3)根據(jù)1＃主洞的地質(zhì)條件，采用理正技術(shù)軟件對(duì)隧洞運(yùn)行期及施工期最大軸力及最大彎矩進(jìn)行了計(jì)算，最后確定運(yùn)行期、施工期Ⅳ類圍巖最大軸力、彎矩分別為122KN、46KN·m；491KN、183KN·m，Ⅴ類圍巖最大軸力、彎矩分別為181KN、85KN·m；5

3、62KN、257KN·m。
　　(4)本文針對(duì)1＃主洞進(jìn)行了有限元模型的建立，采用PLANE42號(hào)平面單元來模擬開挖和初期支護(hù)，用BEAM3梁?jiǎn)卧獊砟M二次襯砌。由于隧洞屬于長(zhǎng)條形構(gòu)筑物，采用二維平面問題進(jìn)行分析。模型的計(jì)算范圍為44×46m，有958個(gè)節(jié)點(diǎn)，953個(gè)單元有限元。
　　(5)對(duì)1＃主洞進(jìn)行了Ⅲ～Ⅴ類圍巖進(jìn)行開挖、支護(hù)、襯砌模擬。
　　模擬結(jié)果如下：Ⅲ類圍巖上臺(tái)階開挖后在拱頂下沉位移為2.08mm，邊墻和

4、拱圈相接處的B點(diǎn)豎向位移為0.17mm。上臺(tái)階開挖在拱頂點(diǎn)處的的第一主應(yīng)力最大為1.2Mpa，Ⅲ類圍巖下臺(tái)階開挖以后，對(duì)于X向應(yīng)力，隧洞邊墻中部和拱頂處受力較大；對(duì)于Y向應(yīng)力，在隧洞下臺(tái)階開挖以后，拱頂處應(yīng)力集中減少，拱腳處出現(xiàn)應(yīng)力集中。Ⅳ類圍巖段上臺(tái)階開挖引起的拱頂位移為4.16mm，圍巖壓力為1.68Mpa，在下臺(tái)階的表面出現(xiàn)拉應(yīng)力，最大為0.98Mpa。對(duì)于X向應(yīng)力，最大值出現(xiàn)在拱頂，Y向應(yīng)力出現(xiàn)在拱腰偏下的地方。Ⅳ類圍巖段下臺(tái)階

5、開挖引起隧洞周邊X拱頂A點(diǎn)應(yīng)力為0.86 Mpa，邊墻腳部即監(jiān)測(cè)點(diǎn)D處，為0.67Mpa。二次襯砌的彎矩最大點(diǎn)發(fā)發(fā)生在邊墻和底板相交的地方，最大彎矩為110.905kN·m。軸力最大值為436.737kN，分別為拱腰及邊墻和底板相交的地方。Ⅴ類圍巖段上臺(tái)階開挖后拱頂壓力明顯高于Ⅲ類和Ⅳ類圍巖，豎向位移也明顯增大，其中變化最大的是二次襯砌的軸力，它的最大值發(fā)生在拱頂大概60°的范圍內(nèi)，最大值為527.261 kN，彎矩的最大值還是發(fā)生在邊