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＃主洞段作為研究對象，引黃工程1＃隧洞穿越三種圍巖類別，總長為15.5 km。分別為Ⅲ類圍巖長約2.7km，Ⅳ類長約5.9km，Ⅴ類圍巖長約6.9 km。采用城門洞型。針對1＃隧洞的圍巖狀況，本文主要對施工方法進行了確定，并對其進行內(nèi)力計算，得到了施工受力值，同時又主要采用了ANSYS數(shù)值模擬，得到了施工薄弱點以及施工受力值，為施工支護等工程措施的設計提供了計算的依據(jù)。主要研究內(nèi)容如下：
　　(1)隧洞施

2、工過程包括開挖過程模擬、支護模擬、襯砌體模擬三個階段。
　　(2)對現(xiàn)行隧道施工技術進行了分析，根據(jù)現(xiàn)有隧洞地質(zhì)條件及現(xiàn)有施工技術，1＃主洞段采用上下臺階法較為合理。
　　(3)根據(jù)1＃主洞的地質(zhì)條件，采用理正技術軟件對隧洞運行期及施工期最大軸力及最大彎矩進行了計算，最后確定運行期、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1＃主洞進行了有限元模型的建立，采用PLANE42號平面單元來模擬開挖和初期支護，用BEAM3梁單元來模擬二次襯砌。由于隧洞屬于長條形構(gòu)筑物，采用二維平面問題進行分析。模型的計算范圍為44×46m，有958個節(jié)點，953個單元有限元。
　　(5)對1＃主洞進行了Ⅲ～Ⅴ類圍巖進行開挖、支護、襯砌模擬。
　　模擬結(jié)果如下：Ⅲ類圍巖上臺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點豎向位移為0.17mm。上臺階開挖在拱頂點處的的第一主應力最大為1.2Mpa，Ⅲ類圍巖下臺階開挖以后，對于X向應力，隧洞邊墻中部和拱頂處受力較大；對于Y向應力，在隧洞下臺階開挖以后，拱頂處應力集中減少，拱腳處出現(xiàn)應力集中。Ⅳ類圍巖段上臺階開挖引起的拱頂位移為4.16mm，圍巖壓力為1.68Mpa，在下臺階的表面出現(xiàn)拉應力，最大為0.98Mpa。對于X向應力，最大值出現(xiàn)在拱頂，Y向應力出現(xiàn)在拱腰偏下的地方。Ⅳ類圍巖段下臺階

5、開挖引起隧洞周邊X拱頂A點應力為0.86 Mpa，邊墻腳部即監(jiān)測點D處，為0.67Mpa。二次襯砌的彎矩最大點發(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