基坑支護(hù)與隧道明挖施工數(shù)值仿真分析.pdf

1、本文結(jié)合新建鐵路成都經(jīng)綿陽至樂山客運(yùn)專線機(jī)場路隧道的設(shè)計，進(jìn)行了明挖隧道施工過程的數(shù)值模擬，并將數(shù)值模擬的結(jié)果與基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)計算采用的彈性支點(diǎn)法以及襯砌結(jié)構(gòu)計算采用的荷載結(jié)構(gòu)法進(jìn)行了共同作用分析研究。計算中依據(jù)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)與襯砌結(jié)構(gòu)的施工過程定義了20個施工階段進(jìn)行彈塑性分析，同時考慮了地下水靜水壓力的作用。
　　 明挖隧道結(jié)構(gòu)可以簡化為平面應(yīng)變問題進(jìn)行計算分析。整個模擬過程采用Midas GTS軟件進(jìn)行，計算區(qū)域根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸取

2、為80m×50m。模型中土層采用四節(jié)點(diǎn)平面等參元，屈服條件采用莫爾-庫侖(Mohr-Coulomb)準(zhǔn)則。支護(hù)樁、支撐結(jié)構(gòu)及襯砌均采用彈性梁單元，其中對支護(hù)樁與支撐結(jié)構(gòu)聯(lián)接的梁單元進(jìn)行了梁端彎矩釋放，以準(zhǔn)確模擬樁與梁聯(lián)結(jié)節(jié)點(diǎn)的力學(xué)行為。另外對第1道鋼支撐、第3道鋼支撐、第4道鋼支撐分別施加了200KN的預(yù)應(yīng)力，換撐結(jié)構(gòu)預(yù)加了100KN的預(yù)應(yīng)力，支承層采用僅受壓的桁架單元進(jìn)行模擬。在土體與支護(hù)結(jié)構(gòu)和襯砌的接觸面設(shè)置了Goodman接觸單元

3、。
　　 根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ120-99)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移計算采用彈性支點(diǎn)法，大量工程實(shí)踐證明該方法的計算結(jié)果能夠保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全。但對于明挖隧道而言，因?yàn)橹ёo(hù)結(jié)構(gòu)沿線狀布置且開挖寬度較小(約為13m)，兩側(cè)設(shè)置的支護(hù)結(jié)構(gòu)和支撐結(jié)構(gòu)是共同受力的整體，這種整體作用可以通過數(shù)值模擬與彈性支點(diǎn)法的計算結(jié)果對比呈現(xiàn)出來。結(jié)果表明如果對基坑兩側(cè)的支護(hù)結(jié)構(gòu)均采用彈性支點(diǎn)法進(jìn)行設(shè)計計算，對于支護(hù)樁將得出偏小的彎矩，

4、這一點(diǎn)對于實(shí)際工程來說是偏于危險的，同時用彈性支點(diǎn)法的位移結(jié)果也是失真的。
　　 另外襯砌結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移計算根據(jù)《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》(TB10003-2005，J449-2005)采用荷載結(jié)構(gòu)法，大量工作實(shí)踐證明該方法的計算結(jié)果通常是可靠的。但是對于設(shè)置支護(hù)結(jié)構(gòu)的明挖隧道而言，由于支護(hù)結(jié)構(gòu)的存在改變了襯砌的受力條件，支護(hù)結(jié)構(gòu)與襯砌是共同受力的整體，而且施工過程亦與不設(shè)置支護(hù)結(jié)構(gòu)時完全不同，所以嚴(yán)格來講荷載結(jié)構(gòu)法用于明挖隧道襯砌