大跨小凈距隧道施工期中巖柱力學(xué)分析及應(yīng)用研究.pdf

1、基于以往對(duì)大跨小凈距隧道的理論研究及工程實(shí)踐，表明中巖(土)柱圍巖是否穩(wěn)定直接關(guān)系到此類隧道設(shè)計(jì)與施工的成敗。中巖(土)柱圍巖穩(wěn)定性問題主要是考慮如何讓其圍巖受力及變形處于可控狀態(tài)。為了達(dá)到這一目的，非常有必要從理論和現(xiàn)場監(jiān)測兩方面對(duì)該類隧道施工期中巖(土)柱的力學(xué)特性與變形規(guī)律及加固優(yōu)化方法等方面展開進(jìn)一步研究。
　　 本文在總結(jié)前人研究成果及本人現(xiàn)場做了大量原位測試的基礎(chǔ)上，以麒麟山隧道重要工程為背景，選擇典型斷面(電塔所在

2、斷面)，采用大型有限元軟件MIDAS/GTS對(duì)該隧道多臺(tái)階分部開挖工法進(jìn)行二維模擬，重點(diǎn)分析中巖(土)柱的力學(xué)特性與變形規(guī)律及加固優(yōu)化方法；整理分析該隧道現(xiàn)場原位測試結(jié)果，找出中巖(土)柱變形規(guī)律；運(yùn)用有限特征比理論本構(gòu)模型分析并計(jì)算該隧道多臺(tái)階分部開挖過程中巖(土)柱應(yīng)力變化對(duì)應(yīng)的應(yīng)變值，并與原位測試結(jié)果以及傳統(tǒng)塑性理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。通過研究主要得到以下的幾點(diǎn)：
　　 (1)通過二維數(shù)值模擬分析可知，隧道開挖對(duì)中巖柱圍

3、巖豎向位移、地表沉降、水平位移及應(yīng)力的影響，均與開挖部位離中巖柱圍巖距離有關(guān)，距離越近，影響越大。在本隧道中，中巖柱水平位移最大值出現(xiàn)在中巖柱右側(cè)中部，豎向位移在左隧道中線與右隧道中線之間呈現(xiàn)“中間大，兩頭小”的拋物線型規(guī)律。豎向應(yīng)力集中于拐角處，最大最小剪應(yīng)力最終出現(xiàn)在左、右拱腰及拱腳處，最大拉應(yīng)力主要分布在地表巖層，最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在巖柱底部?？梢姡O(jiān)測重點(diǎn)應(yīng)集中在拱腰與拱腳及中巖柱的中部和下部。
　　 (2)在V級(jí)圍巖條件下

4、，采用預(yù)應(yīng)力錨桿對(duì)中巖柱圍巖上中下部均加固對(duì)于拱項(xiàng)下沉、地表沉降、圍巖內(nèi)位移及大小主應(yīng)力的改善作用較對(duì)中下部加固明顯；對(duì)于Ⅲ、Ⅳ級(jí)圍巖，這些改善作用不明顯。
　　 (3)中巖柱地表沉降關(guān)鍵測點(diǎn)沉降過程經(jīng)歷了四個(gè)階段：小變形階段→變形急速增大階段→緩慢變形階段→逐漸趨于穩(wěn)定階段。
　　 (4)中巖柱圍巖內(nèi)位移的大小與測點(diǎn)離洞周壁面的距離有關(guān)，離洞周壁面越近測點(diǎn)位移最大，離的越遠(yuǎn)位移越小。當(dāng)同一套多點(diǎn)位移計(jì)處測點(diǎn)數(shù)大于3個(gè)，

5、測點(diǎn)徑向深度大于0時(shí)，各測點(diǎn)徑向深度—圍巖內(nèi)位移間的關(guān)系，可以采用二次函數(shù)y=ax2+bx+c進(jìn)行回歸分析。
　　 (5)考慮到大跨小凈距隧道中巖柱高寬比大于2，不失一般性，可假定為一維問題進(jìn)行分析。通過計(jì)算分析得知，有限特征比理論模型(FCRT理論模型)計(jì)算結(jié)果與實(shí)際監(jiān)測結(jié)果及曲線具有一致性，D—P模型與實(shí)際監(jiān)測結(jié)果存在較大差異。這說明FCRT模型能合理地描述隧道分部開挖過程中中巖柱的變形特征，體現(xiàn)了該本構(gòu)模型的適用性與獨(dú)特性