补育隧道开挖与支护工程盘算

xx隧道开挖与支护工程计算分析1xx隧道开挖与支护工程1.1工程概况与地质条件xx高速公路第C8合同段xx隧道，是目前国内标准最高的四车道高速公路隧道，隧道横穿xx山体，隧洞断面呈近似椭圆形，隧道轮廓线最大宽度为19.44米，最大净高为9.92米，全长520m，该隧道的最大施工开挖宽度为21.242米，中轴线处开挖高度达15.52米，其开挖面积目前国内单洞隧道之最。xx大跨度隧道以III、IV类围岩为主，进口段洞顶以上均为强风化岩体，碎石状松散结构，中一薄状构造，属于II类围岩属于极不稳定岩体;出口段围岩由强风化灰岩和弱风化灰岩组成，且分布有断层破碎带，洞顶以上均为强风化岩体，为碎右状松散结构，属于II类围岩。1.2加固措施的简化在本次有限元计算中，隧道结构的有限元计算采用隧道与地层共同作用的受力模式，模拟分析各种施工顺序对地层和隧道结构的受力与变形的影响。在现场隧道开挖过程中，为防止开挖引起的洞周岩土体的跨塌，通常根据围岩类别采用锚杆、超前小导管注浆和管棚等支护措施对其进行加固处理，以提高围岩的稳定性。锚杆等加固的有限元模型，目前仍是国内正在研究中的课题。根据文献资料以及以往的工作经验，锚杆的主要作用并非其自身强度对整体结构的贡献。因为在整个系统中，锚杆刚度和周围岩体刚度相比是微不足到的，而锚杆的真正作用在施工过程中起到及时加固，限制塑性区的发展，使岩体能保持较好的连续性和整体性，从而能够很好的起到自承作用。本文采用了“等效材料”方法来模拟经过锚杆加固的岩体。在实际工程中，当锚杆间距比地下建筑物的临界尺寸小得多时，可以把锚杆的作用分布到岩体的一定体积上，从而能用“等效材料”的方法来研究加固围岩的力学动态。所以通常的锚秆模拟计算中采用提高、值的方法。根据大跨隧道设计方案，模拟计算必须考虑锚秆和超前小导管对围岩的加固稳定作用，因此在有限元计算时，依据国内外研究及现场经验所建议将围岩参数中的、值提高20%~30%，本位对上述加固措施采用了将其所处位置围岩参数中的、值提高20%的方法加以模拟。按一般的作法认为喷混凝土是弹性材料。表1.1隧道支护与衬砌设计参数吓S0离S2太S3哄S4饼初期支墓护妻中空注滨浆锚杆策，单根递长剃6.0圈m茅，环叫距喇1.0奖m什，纵向笋排寺距递1.0胃m已中空注轮浆锚杆翁，单根米长卷6.0贿m还环级距域1.0供m歌，纵向炕排距闲1.气0嚼m常中空注多浆锚杆抬，单根诊长搅5.5随m岁，环魄距渴1.0制m远，纵向郑排出距纳l.0搁m疾中空注个浆锚杆锣，单根垫长喷5.0劣m察，环古距渐1.0晌m因，纵向枕排渠距评1.0妥m治30c恢m抗厚演2拔5竟号钢纤合维喷射苗混凝土平30c光m拳厚在2司5仰号钢纤辨维喷射萍混凝土她26c沉m挎厚礼2杰5济号钢纤匹维喷射虎混凝土醋22c弊m性厚兵2爷5连号钢纤区喷射维怪混凝土狱一次衬酿砌匀2锤5猪号钢纤咱维喷射束混凝土及，骄厚峰30c陕m鞠二次衬固砌展3欧0宗号模筑拴防水混去凝景土，屈厚敌75c怎m乖3糕0撇号模筑慎防水混济凝土，置厚腹75c洪m恢3抛0倍号模筑许防水混扶凝土，孔厚应70c竹m膀3周0报号模筑铃防水混火凝土，暑厚事65c蚀m取锚杆的弹性模量，其截面积，，式中为锚杆的环距，为纵向排距，取锚杆中点之间的距离。采用长孔注浆管棚可改良洞周2m左右范围的岩体。小导管注浆有效范围可改良洞周1.5m，超前锚杆有效范围可改良洞周1.0m。对于钢拱架采用等效计算方法，将钢拱架的弹性模量折算给与它相邻的混凝土，具体为折算后混凝土弹模=原弹模+钢拱架面积钢材弹模/截面积。钢筋网在计算中作安全储备考虑，亦可通过提高喷层参数值来近似模拟。图1.1隧道支护示意图1.超前管棚2.中空注浆锚杆3.喷射混凝土4.钢拱架2现场监控量测2.1量测手段和方法在现代隧道建造中，量测已成为隧道建造过程中的一个重要环节。量测的目的包括以下几点:(1)、保证隧道以及隧道邻近的和覆盖表处结构安全;(2)、评价及确定支护结构的结构形式;富(3撒)亭、评价路围岩、过支护结惑构以及群承重结室构的受高力性蚂能听;沃(4巷)该、与计趟算分析净结果相摔比较，速修正及蒙补充计压算分析中中采用笋的参数层，计算奋模型及匹计算方归法。料由于观堆察点、堆观察范尸围、观论察时间看与频率载通常是融与观察础内容联牺系在一紧起的，振本工程捡根据设席计文件洁、规范体、有关遍资料和塑现场具哑体情况绕，进行嫌以下观曾测内容调以及观上测方法镇。倒1仪、覆盖坝表面位测移量瑞测晓(徒地表下魔沉状)拥覆盖表慧面位移用侧量又稻称骗“醒标高水锄准面测际量糠”宋，即通贺过测量净覆盖层叫表面观片察点在俊开挖隧在道前后罢标高的这变化，毛来确定掠观察点戒产生的圾下沉位装移。给2胸、断面米相对位藏移量测贩断面相结对位移爪量测也诉称恋为距“售收敛量困测监”剖，其目狡的为量孔测隧道筹横断面沉上某测辣点的标殿高以及卷某两两冒测点组添成的线踏段随着扁时间的青变化而欲发生相臂对的位诊移变化编情况。志2.2喝x锣x阁隧道监再测数据贸本工程渡隧道现祸场监控偶量测项沿目表如信下溪图弯2.诵1晓地表下填沉量测喜测点布责置驻表内2.灭1给地表沉气降量测滔结果蜘测点编坝号懂初测高宅程使（傲m宜）钱初测日须期扎本时间彩段高程洽（辩m男）揪本时间脖沉降咏（信m垃m训）何累计沉纤降燥（即m斯m尿）鬼本时间妖段沉降幻速率究（倍mm/半d姨）鞋1拐2凝3秋4向5驳126膛.35壤7骡126唤.30姥3筐123授.76唐9临132极.96缸3保136男.59险3挎200胳7.1倾1.1敌200陕7.1徐1.1碑200浆7.1加1.1米200环7.1辞1.1联200瓦7.1陪1.1尊126朽.33睁8续126败.29柜2朵123淘.73咸7到132味.94未136拼.57疯6雹19刚11盖32答23锅17矮19押11罪32果23扔17锯0.4院75拴0.2若75沉0.8谊00摩0.5婚75内0.4涝25塌注：桩静号歉K34朋4+7堵20怜表蕉2.似2趟地表沉三降量测坝结果宁测点编棉号乓初测高商程锯（赤m疼）含初测日辞期赶本时间袍段高程仔（卡m邻）屿本时间碎沉降和（哲m减m躁）哗累计沉植降维（搁m鲁m栋）碌本时间受段沉降毙速率键（东mm/也d练）泥1应2斑3贸4闻5领130节.61敲1另133造.67奏2攻131威.06鞭5漆135拼.24颈7周137梨.09稻200恭7.1鬼1.2鸟4券200经7.1跳1.2英4肢200锐7.1毕1.2妨4利200扭7.1菊1.2陵4勾200投7.1村1.2完4居130喇.60型1探133扯.66开4近131拍.05插4成135赶.23剥7判137巡.08合1钓10曾8押11织10席9失10剃8琴11核10拿9治0.2把50辰0.2即00临0.2黎75做0.2址50樱0.2窄25浅注：桩齐号陵K34蒸4+7终30招表蠢2.志3臣围岩变载形量测送结果忌桩号加净空收穴敛阅（淡m勇m且）殃拱顶下抓沉谊（载m衰m灰）燕K33弦4+7蒜04.沿7僻K33桐4+7蛙23享K33滋4+7切62.嫁7只K33尝4+8岛01.辫1该K33国4+8妈48.阻3澡30.我839逃8捆44.卵461沃2剃28.厦441朴34.变887蹄2踏31.子949巾23撒23腰27彼26洋25庙3式隧道开优挖与支吉护的有店限元分就析吉3.挪1钢隧道开计挖与支赔护的有亲限元模劣拟梦空间计硬算需要室耗费巨绕大的计尚算机资经源，鉴筐于目前缩计算机鞭速度和怨内存的竿限制，假对隧道遍的施工探过程进舟行了简持化，忽御略的一岁些相对班次要的渡因素，恼计算基感于以下俭假耗定渡:影a口、计算冰模型取驻粘弹塑股性模型夏，考虑晨围岩流支变效应窝，衬砌码采用线除弹性模治型，认慧为衬砌典的受力虫和变形畜均在弹帽性范围唉内变化匆，筐b乞、岩体烤的变形陷是各向言同性是的瞒;维c杠、岩体挡初始应肌立场不崇考虑构天造应力饮，仅考趁虑其自门重应通力民;温d格、锚杆院和钢拱冲架采用亏等效材弦料，分尚别看作泛对围岩骨和衬砌涂的加强征，具体忧计算见岛根据前坊面的加叶固措施娱简化原叙则。杂模型的湾单元类纵型：围律岩采用照八节点飘六面体湖实体单刺元雾C3D钳S迟R臭和六节撤点五面遣体实体玻单得元唇C3D么6吧，每个弹节点姜含音1攀、初2瞧、阳3减方向三跨个自由英度，初恳次衬砌剥采用薄传壳单因元洞4SR武S储，每个功结点棚有放5邻个自由男度，能茄较好地席模拟围迁岩和衬鲜砌地真惩实情况壳。币有限元仪计算域劫的大小信确定如东下寸:帝根据沈奶大高速灰公路隧奇道的结租构设计狐尺寸建凑立三维进计算模循型，根烂据工程恳实际情程况晒取哑K34氏4+7剖0扑0雾到级K34诱4+8盼6竿3型之间，构包巴括慌I虫I肺、兵II非I凝、瓜Ⅳ修在内盒的越S到0膀、他S恰2辟、满S薯3月、撒S社4箱段开挖引、支护多、衬砌旨，其尿中政K34纪4+7顾00~捐K34脱4+7沈3研0正为玻I则I诊类围岩脏、交K34雹4+7昨30~颜K34搁4+7涨62.烦7护为谱II胞I灭类围岩跌、吉K34好4+7棍62.滥7~K炎344竿+86赢3挺为已Ⅳ毒类围岩投。模型南计算范以围水平肠方向取金距离隧宝道中捏心睡5晃倍洞径秩，下边眼界取为马洞高杂地渣5强倍，上盛边界可相取隧道分地实际倚埋深，宅从商9~7宴5家m浴，纵向谣方向按记实际工睁程日取漫163牛m款，隧道土宽度烟为齿19.常44拍m被，高度苏为晨15.余52泼m理。侧压爷力系数庸为荡0.膝3驳。模型卸的边界辣条件采卖用施加测约束地谎方法，挣在模型袖的底面确加固定蜡支座约联束所有脖自由度皇，在平叼行隧道捷走向地缴两侧施眉加滑动插支座，软只约伏束擦2咱方向上顶的自由落度而释仍放燥3喂方向上刊的自由搬度，以送模拟岩桥体的沉玻降，垂命直于隧态道走向那的两侧肿施飞加看1锐方向的发约束，价共划分浆单湿元木586市1唱0坑个，节叙点若622坐4纪7谋个。促1院、有限胆元模型蝶如慎图投6-尤3厦所示沟图木3.谈1虚开挖计肯算模型隶2控、计算扬参数选灾择见下迟表匙计算参是数选择点见餐表拉6-戏5梨，把6-谎6涂，欠6-炼7甚。岛锚杆直百径、长蹦度、间骆距与弹散性模量归如胁表蛾6严－稀7嫂所示，坦算出锚翠固体弹著性模量舍，累并根据谷国内外夫的经验铲，取锚嫁固体的往内摩擦挑角和粘佣聚力分眠别为赠，部。恭表闭3.敢1宅围岩参瓣数怜围岩类保别存密度季弹性模随量仰E时（岔Mp爪a副）恋泊松比焰内摩擦友角起内聚限力坏C崭（吩Mp扯a绍）饶抗拉强赢度方（么Mp废a回）晋抗拉强择度燃（挂Mp惩a誉）睁II超III堂IV沙2.6谱7抚2.7锐2反2.6圈8筋120民00煎200诚00络650撕00幅0.3梦1社0.3啦2砌0.2痕8肤36.短0券42.饥5略46.甲0图1.3剃2鸽2.0隶6化2.4欺4拉31.文94馅56.刊24僻103免.96干3.3粱9类5.5犁6框7.6升6掘表欠3.厅2魔混凝土嗓计算参匹数轿密度掠弹性模凑量女E远（橡Mp爪a乒）轿泊松比意内摩擦纠角欧内聚堵力包C驰（举Mp哨a采）候抗拉强谢度货（长Mp肿a健）毫抗拉强饲度兽（洁Mp躺a修）忘2.4惭0度201欧00蜘0.2锄5耻1.8诸5传42蹦65.沫2拼9.6仙5唱表敬3.淡3嫂支护参升数旗类型喉锚杆致隆敬馆（朴m描m参）消长度塞（物m拖）刷间距纽（孝m穿）禁弹性模牢量糟（骨P围a荣）牧外径积壁厚见纵距央环距麻主冶洞春初立期宅支折护聪中空注变浆锚杆膊S0叠S2安S3堡S4滑25跑25缴25夏25泼5舍5欣5菠5器6速6牺5.5坚5.0地0.4嘉0.5才0.7遭5践1.0桥0.8匪0.8牌1.0旅1.0反导魔洞趴初制期孝支齐护体砂浆锚探杆顾S0怀S2沫S3极22席3.5泥3.5探3.0万0.8辅1.0巷1.5蹈0.8求0.8码1.0记主吐洞展超迅前篮支况护灵大管棚狐S0回S2奇S3画S4蜓108暂负侄6戏50设块胆5萝22经22所18灵5纪5巾5钩0.4信0.4杆0.4嚷0.4册小导管获超前锚而杆竭局部尿超前锚真杆西不论国所内还是援国外，延尽管大岔跨度扁模平隧道萌的开挖泉方法多理种多样基，但是寒基本上踢是经过袋适当的乳地层预爷加固处芝理后采钳用双侧性壁导洞碑法、单舰侧壁导由洞法唇、混C饶D贤或享CR冶D打工法、删台阶法画或其中伶的组合妹〕。宵根据国捏内外大根跨度隧宿道的施允工经验罗、大跨验度隧道摧开挖后申应力分准布情况件分析以侄及沈大喷高速公持路隧道渴结构特调点，适炒合本工暑程特点铲的开挖远方式主蓄要有双涉侧壁导局洞法、到单侧壁乖导洞法氧。访3扬、开挖图步凭骤搜:朵(l)娃S蝇0剥、黎S希2题、辽S哀3秃段开挖哄、支护柱、衬砌凯工序流断程图守1谜）左导嘴洞开峰挖销:棋根据实旱际情况纹可以细喜分为上煮下台阶响法帐;签2娘）左导臣洞支受护裹:辉锚喷支来护、拱酿架支事撑泥;球导洞内色侧按导绘洞支护总参数进距行变;惕导洞外殖侧按主熟洞初期壳支护参衔数进擦行燕;恐3阳）右导吩洞开业挖样:到根据实丢际情况饰可以细季分为上沾下台阶块法贸;称4绢）右导案洞支仰护贪:顺锚喷支勤护、拱排架支件撑范:肌导洞内携侧按导锯洞支护乖参数进夏行牵;仰导洞外尘侧按主愈洞初期贵支护参净数进怀行锈;分5令）拱部冰超前支竟护散;专6起）左导丸洞顶部轰开定挖波;卡7擦）左导赤洞顶部飘初期支必护奶;如8采）右导作洞顶部念开呆挖奔;钉9拘）右导共洞顶部亦初期支躺护爸;1密0离）左中赚顶部开萌挖窄;1罩1发）左中适顶部初特期支尺护打;1该2敏）左中宝顶部竖如向钢支死撑萄;1敏3畜）右中共顶部开美挖旁;1母4拥）右中辨顶部初览期支管护违;1谅5妻）右中渴顶部竖付向钢支翼撑猪;1维6笑）核心垦土下提挖雀;1蒙7归）仰拱留初期支逮护抹;1悬8步）二次摆衬砌。夸左导洞副开挖轰左导洞练内侧、等外侧支澡护菌杆案戴辟间誓侄衫右导洞岛开挖衔右导洞稳内侧、网外侧支持护习那粘临冬初拼策拣拱部超灶前支护翅左导洞溜顶部开提挖疏削柔侧艘椒旁坊蝇左导洞戏顶部初影期支护活右导洞袜顶部开党挖酱纯件汽亲贯剩促硬右导洞叶顶部初吼期支护璃左中顶斧部开益挖众绩趋友啄低糖再哄左中顶具部初期块支护冤右中顶妈部开怎挖雨寨苏皮钩罪收前鸭右中顶卖部初期颈支护透核心土仆下挖红图回3.练2幼开挖过介程模拟拨示意图驴(2)护S锦4效段开挖硬、支护笼、衬砌嚷工序图磨1城）左导踩洞开罪挖趴:偿根据实素际情况阳可以细骂分为上竖下台阶吨法琴;粮2省）左导乌洞支缺护弊:需锚喷支纯护、拱敬架支确撑裙;爹导洞内脾侧按导眨洞支护慰参数进魂行立;恋导洞外纤侧按主顿洞初期伐支护参杨数进谣行耽:君3僚）拱部耐左侧开叶挖什;贫4苗）拱部旁左侧支箱护辟:扭锚喷支尘护、拱辱架支挂撑齐;敌5欢）拱部喝右侧开返挖嚼;柔6率）拱部稠右侧支奇护贺:婶锚喷支樱护、拱炸架支地撑驶;年7穗）下台毛阶开允挖拜;确8浊）下台圾阶右侧永支从护惠:郑锚喷支钓护、拱略架支集撑类;乘9六）二次仿衬抬砌犬;蛛左导洞林开田挖惕危望板扁泪钻站比左导洞年支护地拱部左摘侧开览挖增必足拔客伐馆贼拱部左窃侧支护被拱部右深侧开衰挖楼江碑逐秋厌染珍拱部右衔侧支护访下台阶疲开柜挖规螺靠涂域夺伙门盘凑移末下台阶饶右侧支纽护授图响3.象3骆开挖过级程模拟督示意图攻4休计算结继果与量贼测结果喝的比较必分析花本计算私内容包冰括不同吐的围岩捡特性、植不同开化挖方案辫下的围惭岩柄(报顶拱、依内空收洒敛财)车的最大疏位移，末以及地蓝面沉降叠和围岩精塑性区吃等。练4.警1翻位移搬表反4.耳1聚围岩变影形量测善结果与粪计算结滴果比较灯表搏桩号碗净空收肥敛溪（呈m杂m铸）候拱顶下砖沉蓬（未m缩m括）每K33贵4+7顺04.毁7缠K33客4+7棚23汤K33残4+7粥62.够7饱K33扔4+8葬01.钥1辈K33婶4+8抚48.方3愚实测值常30.播839搬8迟44.槽461勾2顽28.忌441毕34.旺887熔2支31.吊949错计算值奔34俗50候31路35量33毛实测值狐23驰23巾27杰26戴25密计算值圾25拐24冒30鱼35痕32肢表妖4.竖2蜡地表沉市降量测液结果与混计算结繁果比较播表栗桩甘号妙暑测演点斑承编号旱K34炭4+7妨20适K34悲4+7枣30拦实测值什计算值歪实测值塑计算值船1酱2终3茎4僻5寄19咱11烟32慢23败17功17阵8庄28澡19他15祝10候8湾11归10玻9对8浅6眼9尽8起7冒从表可水以看出识，结算于结果与喘量测结晌果相近决。从表吩可以看倚出，地诊表最大她沉降值已大于计场算值，陷而顶拱贵下沉的嫩量测值舌小于计赢算值，溪这是因泉为拱顶咸下沉有报一部分拦在量测部之前已种经发生磨，量测穴过程中凝捕捉不科到的原宾因。