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研究隧道建设中的双侧壁导坑法

2013/11/20 阅读:

1双侧壁导坑法开挖的数值模拟分析

1.1模型计算范围的建立

计算范围:模型上边界至地表,隧道顶部覆土层厚度按16m选取,下边界到隧道底部取为15.65m,约为2.5D(D为隧道直径,D=6.35m),模型纵向沿隧道轴线长度取为50m,横向取至距隧道中线两侧各4D,这样整个模型尺寸长为50m,宽为70m,高为38m。选取的模型尺寸足以考虑隧道施工扰动的影响范围。模型的选取:模拟选取空模型实现土方开挖过程的模拟,岩土体材料采用塑性摩尔—库仑模型模拟,预支护、初次衬砌、二次衬砌采用弹性本构模型模拟,变形模式采用大应变变形模式进行计算。

1.2双侧壁导坑法模型分析

模型的整个部分采用实体单元建模,共划分173829个实体单元,142536个实体单元节点。

1.3计算结果分析

将数值模拟结果与实测结果进行对比,一方面,可以验证数值模拟的正确性;另一方面,通过数值模拟结果可以分析隧道开挖过程中拱顶位移与水平位移的变形规律2双侧壁导坑法实测数据回归分析根据现场监测得到的数据绘出的表格与常用的非线性函数图形进行比较,得到指数模型函数最适合。对此指数函数线性化,方法如下:ln(u/a)=-b/tlnu=lna+b(-1/t)令u''''=lnut''''=-1{/t,则得到:u''''=lna+bt''''(2)式(1)则是式(2)线性化的直线方程,其参数的确定可按线性回归的方法确定。通过Excel回归分析计算后得到:拱顶沉降位移:判定系数:r=0.9896,截距:lna=3.807677,则a=24.9617;b=1.2467。得到u=24.9617×e-1.2467/t。ZK29+580拱顶下沉量测数据的处理与回归分析

1)推算出最终下沉值Umax=30.0403mm;

2)推算出基本稳定时间:初测时间为2010年1月11日,预计第15天以后,拱顶累计下沉达24.95mm,下沉率达83.16%≥80%;下沉速度为0.15mm/d≤0.2mm/d,故拱顶下沉基本稳定。拱腰水平位移:判定系数:r=0.9960,截距:lna=1.808677,则a=6.0985;b=1.0073。得到:u=6.0985×e-1.0073/t。ZK29+580两帮收敛量测数据的处理与回归分析。

3)推算出最终收敛值Umax=6.9040mm2)推算出基本稳定时间:初测时间为2010年1月24日,预计第14天以后,周边收敛累计达6.031mm,下沉率达87.40%≥80%;下沉速度为0.03mm/d≤0.2mm/d,故围岩基本稳定。回归分析与监测数据大体相同,但由于回归方程是基于线性关系的数学模型,而具体情况多变,大多是以非线性关系存在,而回归方程是将已有监测数据拟合成线性函数方程,因此通过回归方程得到的数据会和现实监测存在误差,只能预测大概位移变化值。

2结语

1)对隧道施工过程中的监控量测做了简要分析,并对选取的典型断面得到的监控量测数据做了回归分析,得出双侧壁导坑法的拱顶沉降和两帮收敛值的回归分析结果分别为30.0403mm和6.904mm;

2)对比分析了监测数据与数值模拟结果,得出了模拟值偏小的原因,但是把数值模拟得到的结果进行增大,乘以安全系数1.1~1.2就可以在安全的范围去指导工程实践,用来帮助分析施工前对隧道的围岩稳定性以及周围环境影响的提前可预见性。

作者:钟涛单位:铁道第三勘察设计院集团有限公司

研究隧道建设中的双侧壁导坑法

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