基坑支護與隧道明挖施工數(shù)值仿真分析.pdf

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

2、為80m×50m。模型中土層采用四節(jié)點平面等參元，屈服條件采用莫爾-庫侖(Mohr-Coulomb)準則。支護樁、支撐結構及襯砌均采用彈性梁單元，其中對支護樁與支撐結構聯(lián)接的梁單元進行了梁端彎矩釋放，以準確模擬樁與梁聯(lián)結節(jié)點的力學行為。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的預應力，換撐結構預加了100KN的預應力，支承層采用僅受壓的桁架單元進行模擬。在土體與支護結構和襯砌的接觸面設置了Goodman接觸單元

3、。
　　 根據(jù)《建筑基坑支護技術規(guī)程》(JGJ120-99)基坑支護結構的內力和位移計算采用彈性支點法，大量工程實踐證明該方法的計算結果能夠保證支護結構的安全。但對于明挖隧道而言，因為支護結構沿線狀布置且開挖寬度較小(約為13m)，兩側設置的支護結構和支撐結構是共同受力的整體，這種整體作用可以通過數(shù)值模擬與彈性支點法的計算結果對比呈現(xiàn)出來。結果表明如果對基坑兩側的支護結構均采用彈性支點法進行設計計算，對于支護樁將得出偏小的彎矩，

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