大跨小凈距隧道施工期中巖柱力學分析及應用研究.pdf

1、基于以往對大跨小凈距隧道的理論研究及工程實踐，表明中巖(土)柱圍巖是否穩(wěn)定直接關系到此類隧道設計與施工的成敗。中巖(土)柱圍巖穩(wěn)定性問題主要是考慮如何讓其圍巖受力及變形處于可控狀態(tài)。為了達到這一目的，非常有必要從理論和現(xiàn)場監(jiān)測兩方面對該類隧道施工期中巖(土)柱的力學特性與變形規(guī)律及加固優(yōu)化方法等方面展開進一步研究。
　　 本文在總結(jié)前人研究成果及本人現(xiàn)場做了大量原位測試的基礎上，以麒麟山隧道重要工程為背景，選擇典型斷面(電塔所在

2、斷面)，采用大型有限元軟件MIDAS/GTS對該隧道多臺階分部開挖工法進行二維模擬，重點分析中巖(土)柱的力學特性與變形規(guī)律及加固優(yōu)化方法；整理分析該隧道現(xiàn)場原位測試結(jié)果，找出中巖(土)柱變形規(guī)律；運用有限特征比理論本構(gòu)模型分析并計算該隧道多臺階分部開挖過程中巖(土)柱應力變化對應的應變值，并與原位測試結(jié)果以及傳統(tǒng)塑性理論計算結(jié)果進行對比分析。通過研究主要得到以下的幾點：
　　 (1)通過二維數(shù)值模擬分析可知，隧道開挖對中巖柱圍

3、巖豎向位移、地表沉降、水平位移及應力的影響，均與開挖部位離中巖柱圍巖距離有關，距離越近，影響越大。在本隧道中，中巖柱水平位移最大值出現(xiàn)在中巖柱右側(cè)中部，豎向位移在左隧道中線與右隧道中線之間呈現(xiàn)“中間大，兩頭小”的拋物線型規(guī)律。豎向應力集中于拐角處，最大最小剪應力最終出現(xiàn)在左、右拱腰及拱腳處，最大拉應力主要分布在地表巖層，最大壓應力出現(xiàn)在巖柱底部?？梢?，監(jiān)測重點應集中在拱腰與拱腳及中巖柱的中部和下部。
　　 (2)在V級圍巖條件下

4、，采用預應力錨桿對中巖柱圍巖上中下部均加固對于拱項下沉、地表沉降、圍巖內(nèi)位移及大小主應力的改善作用較對中下部加固明顯；對于Ⅲ、Ⅳ級圍巖，這些改善作用不明顯。
　　 (3)中巖柱地表沉降關鍵測點沉降過程經(jīng)歷了四個階段：小變形階段→變形急速增大階段→緩慢變形階段→逐漸趨于穩(wěn)定階段。
　　 (4)中巖柱圍巖內(nèi)位移的大小與測點離洞周壁面的距離有關，離洞周壁面越近測點位移最大，離的越遠位移越小。當同一套多點位移計處測點數(shù)大于3個，

5、測點徑向深度大于0時，各測點徑向深度—圍巖內(nèi)位移間的關系，可以采用二次函數(shù)y=ax2+bx+c進行回歸分析。
　　 (5)考慮到大跨小凈距隧道中巖柱高寬比大于2，不失一般性，可假定為一維問題進行分析。通過計算分析得知，有限特征比理論模型(FCRT理論模型)計算結(jié)果與實際監(jiān)測結(jié)果及曲線具有一致性，D—P模型與實際監(jiān)測結(jié)果存在較大差異。這說明FCRT模型能合理地描述隧道分部開挖過程中中巖柱的變形特征，體現(xiàn)了該本構(gòu)模型的適用性與獨特性