深埋寬長(zhǎng)隧道軟弱圍巖施工動(dòng)態(tài)有限元數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著我國(guó)高速鐵路進(jìn)入高速發(fā)展的時(shí)期，根據(jù)工程線路的需要，必然會(huì)修建很多寬長(zhǎng)隧道，寬長(zhǎng)隧道中出現(xiàn)軟弱圍巖段是常有的事，而工程事故頻發(fā)段往往出現(xiàn)在對(duì)軟弱圍巖的施工過(guò)程中。相比一般隧道，寬長(zhǎng)隧道在修建過(guò)程中，地質(zhì)條件更為復(fù)雜，所以對(duì)軟弱圍巖的處理必須更加謹(jǐn)慎!目前有限元法發(fā)展已較為成熟，該方法計(jì)算精度較高，不受工程形狀的影響，能根據(jù)實(shí)際工程需要建立模型，在隧道圍巖的穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)方面得到了廣泛的應(yīng)用。本文使用有限元分析軟件對(duì)軟弱圍巖進(jìn)行數(shù)值分

2、析，分析了軟弱圍巖段在施工工程中圍巖應(yīng)力與位移的變化規(guī)律，根據(jù)變化規(guī)律指導(dǎo)反饋設(shè)計(jì)和對(duì)隧道施工安全進(jìn)行超前預(yù)報(bào)。
　　 本文對(duì)寬長(zhǎng)隧道的特性進(jìn)行了分析研究，闡述了有限元基本理論及其在隧道工程中的應(yīng)用。本次模擬以新建南廣鐵路項(xiàng)目中的北嶺山隧道為工程背景，選用大型有限元軟件ANSYS，建立對(duì)深埋寬長(zhǎng)隧道中的軟弱圍巖段的施工方法的模型，對(duì)該隧道斷面為D3K393+080段進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，該斷面為V級(jí)圍巖段，埋深為579.74m，主

3、要采用環(huán)形土體開(kāi)挖預(yù)留核心土的施工方法。本次模擬主要通過(guò)ANSYS中的生死單元和載荷步實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)模擬該施工方法。
　　 通過(guò)對(duì)北嶺山隧道建立合理的模型，選用工程實(shí)際施工中材料的參數(shù)，對(duì)施工各個(gè)階段進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬。得出了圍巖在施工各個(gè)階段的應(yīng)力和位移云圖；支護(hù)結(jié)構(gòu)在核心土和下臺(tái)階開(kāi)挖過(guò)程中的軸力、剪力和彎矩圖；錨桿在核心土開(kāi)挖和下臺(tái)階開(kāi)挖過(guò)程中的軸力圖和應(yīng)變分布圖。
　　 通過(guò)對(duì)各個(gè)施工階段圍巖的應(yīng)力云圖分析可得，在環(huán)形土體

4、開(kāi)挖完成后，圍巖的應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯，隨著后續(xù)的開(kāi)挖和支護(hù)的進(jìn)行，特別是支護(hù)成環(huán)后，圍巖內(nèi)應(yīng)力集中現(xiàn)象得到了很大改善，支護(hù)結(jié)構(gòu)早成環(huán)對(duì)圍巖穩(wěn)定能起很大作用。通過(guò)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的軸力、剪力和彎矩圖分析，該工程中的支護(hù)強(qiáng)度滿足圍巖穩(wěn)定性的需求，支護(hù)結(jié)構(gòu)較為安全；對(duì)動(dòng)態(tài)施工中錨桿的軸力圖的變化分析，提出了軟弱圍巖段在拱頂處不設(shè)系統(tǒng)錨桿的建議。對(duì)隧道拱頂處、拱腰處和拱角處的位移云圖進(jìn)行了分析，得出與工程現(xiàn)在實(shí)際監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)接近的結(jié)果，說(shuō)明本次模擬選用