支护参数对大跨度双连拱隧道稳定性的影响分析

发布时间：2019-10-13 00:24

【摘要】：我国连拱隧道支护结构设计过程中,无现成的计算理论和相应的规范、规程,主要采用半经验半理论的方法进行荷载的计算和结构设计。本文以灯草塘大跨度双连拱隧道为依托,针对该类型隧道在不良地质情况下,是否采用锚杆支护分别进行了三维隧道数值模拟计算,研究了隧道在是否采用锚杆支护的情况下,其围岩位移、围岩应力、塑性区的分布和剪切应变率的区别,分析了大跨度双连拱隧道的中隔墙应力分布情况。结合工程实例,阐述了锚杆在大跨度双连拱隧道的稳定性中起到明显的作用,为类似工程的建设提供参考。
【图文】：

示意图,双连拱隧道,大跨度,衬砌结构

径向锚杆及钢筋网焊为一体;二次衬砌采用C30钢筋混凝土结构。3大跨度双连拱隧道模型的建立3．1衬砌结构支护参数选取依托工程灯草塘隧道K4+400～K4+410段进行数值模拟计算。该段实际施工中为Ⅵ级复杂地质条件下大跨度双连拱隧道结构，其支护结构参数为:初期支护采用鐖45mm超前支护，长度为4．0m，间距40cm;鐖25中空锚杆，长度为4．0m，间距50cm×120cm;鐖8双层钢筋网，间距20cm×20cm;I22b型钢拱架，间距50cm;C20喷混凝土，厚度30cm。二次衬砌采用C30钢筋混凝土，厚度65cm。大跨度双连拱隧道断面结构衬砌示意图如图1。图1Ⅵ级围岩大跨度双连拱隧道衬砌结构示意图Fig．1Structurediagramofliningforlargespandouble-archtunnelinⅥgraderock3．2隧道的边界条件采用FLAC3D软件建立大跨度双连拱隧道的三维地形计算模型，纵向计算长度选为10m。计算边界为模型左、右距离隧道外边缘为50m，下部距离隧道外边缘为40m，，上部的边界取至地表，隧道实际埋深在110m左右，三维模型的材料基本参数选取K4+400断面，隧道上层所有岩土体采用重力分布，整个模型采用位移边界条件控制，左、右施加水平方向的约束，也即X方向位移为零，下部施加固定支座约束，也即X、Y、Z方向位移为零，上部采用自由边界，垂直隧道纵向的两个Y面施加Y方向约束。计算模型建好后总共有19648个单元，其网格的划分和锚杆的设置如图2所示。890地下空间与工程学报第10卷

示意图,隧道,计算模型,示意图

3．3隧道模型的计算参数根据《公路隧道设计规范》［12］以及灯草堂隧道现场围岩情况和支护结构的设计参数，模型计算的围岩以及支护材料的物理参数见表1所示。4支护参数对隧道围岩及支护结构影响分析结合隧道实际情况，主要对有、无锚杆支护情况下支护结构成型后的大跨度双连拱隧道稳定性进行数值计算，重点对隧道结构成型后的围岩的位移场及应力场的分布和衬砌结构的受力情况进行对比分析，对支护结构的安全性及围岩-支护体系的整体稳定性作出评价，并对锚杆支护的围岩加固效果进行详细研究。图2隧道计算模型示意图Fig．2Schematicmodelofthetunnel表1围岩物理力学参数表Table1Physicalandmechanicalparametersofsurroundingrock围岩重度ρ(kN/m3)弹性模量E(kPa)泊松比μ粘聚力c(MPa)内摩擦角φ(°)直径(厚度)(mm)Sbond(N/m)Kbond(MPa)Ⅵ级围岩251．2×1060．40．10520．128．3×102锚杆772．1×108252．6×1055．7×103钢拱架喷射混凝土242．4×1070．25220二次衬砌252．9×1070．254504．1对围岩位移的影响如图3所示，在有、无锚杆支护的情况下，大跨度双连拱隧道围岩产生的位移在水平方向都是指向洞内，并且为对称的应力分布，水平方向位移比较大的地方主要集中在双连拱隧道的拱腰处和边墙处，总体上水平收敛值并不大。通过对比有、无锚杆支护的大跨度双连拱隧道水平位移计算结果表明，锚杆布设对大跨度连拱隧道水平位移的控制效果并不显著。如图4所示，对比有、无锚杆结构支护下大跨度连拱隧道竖直方向产生的位移表明，在这两种支护参数情况下，竖直方向所产生的最大沉降位移基本都集中在隧道拱顶处，且无锚杆支护条件下拱顶沉降最大值约为3?
【作者单位】：中铁十一局集团第五工程有限公司;重庆大学土木工程学院;
【分类号】：U451

【相似文献】