超大断面黄土隧道双侧壁导坑法施工过程受力分析

作     者：王华川 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王荣辉;张中安

授予年度：2009年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：特大断面隧道 新黄土 数值模拟 临时支撑拆除 

摘      要：在当前国家大力发展客运专线的背景下,以郑西客运专线的超大断面黄土隧道作为研究对象,以解决客运专线超大断面黄土隧道设计和施工为出发点,重点研究和解决在特大跨度黄土隧道中双侧壁导坑法的各种施工参数对隧道的影响以及临时支撑拆除对隧道的初期支护的影响。应用三维有限单元法和大型通用有限元程序ADINA等计算手段,对特大断面黄土隧道双侧壁导坑法进行分析,得出了一些对超大断面黄土隧道双侧壁导坑法的设计和施工都有意义的结论和建议。 本文应用有限元计算方法和大型通用软件ADINA对在实际地层中的隧道的工作状态进行了模拟,对第30榀钢拱架位置处的初期支护的位移、钢拱架的轴力和弯矩、地表的沉降进行了分析。在分析中发现中间水平支撑的钢拱架承受着较大的弯矩和轴力,而且钢拱架的的水平支撑的竖向位移较大。说明在该部分的钢拱架的达到最大承载力主要是失稳。从围岩的软弱性和模型计算的结果来看,喷射混凝土封闭掌子面对于掌子面以及围岩的稳定都有着巨大的影响。所以,在模拟软弱围岩隧道开挖时,不能忽略喷射混凝土封闭掌子面的作用,虽然喷射混凝土的刚度相对于整个模型的刚度较小,但是对于整个模型的稳定和收敛速度都是较明显的影响。 本文还应用有限元对比分析了在不同的开挖进尺、不同的钢拱架截面、不同的喷射混凝土初期支护的影响下,隧道在双侧壁导坑法在施工过程中的初期支护的位移、钢拱架的有效应力及地表的沉降进行了对比分析得出,开挖进尺在0.8米范围内是安全的。 通过钢拱架优化分析可以看出,采用工25a以下的钢支撑,钢拱架的有效应力有急剧变化,不利于钢拱架的稳定和安全。从节点位移分析可以看出,通过增加钢拱架的面积来减小节点位移的效果不明显。 通过喷射混凝土厚度分析可以看出,在钢拱架有效应力可以承受的范围内,可以适当的减少喷射混凝土的厚度 在特大跨度黄土隧道双侧壁导坑法施工二次衬砌时,需要拆除隧道开挖时采用的临时支撑,临时支撑的拆除是隧道施工过程中最危险的时期之一,临时支撑的拆除顺序对于初期支护的位移和钢拱架的应力的影响较为明显。从临时支撑的拆除分析来看,拆除顺序和小断面隧道完全相反,说明随着跨度的变大,临时支撑的拆除顺序也在从先下后上发展到先上后下。