大跨度淺埋深隧道施工對(duì)地表變形影響數(shù)值分析研究.pdf

1、隨著我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的飛速發(fā)展，隧道工程的建設(shè)水平也不斷提高。受工程所處的工程地質(zhì)條件及隧道洞外條件限制，隧道工程中復(fù)雜隧道案例也不斷涌現(xiàn)，例如超淺埋、大斷面、小凈距的雙孔隧道，此類圍巖穩(wěn)定性難控制，隧道施工難度大。再則，當(dāng)施工場(chǎng)地周圍有重要建(構(gòu))筑物時(shí)，隧道施工所導(dǎo)致的地層擾動(dòng)和地面沉降等問(wèn)題也將影響到周圍建筑物的安全性和長(zhǎng)期性。因而，就上覆重要建(構(gòu))筑物的工程邊界條件，進(jìn)行超淺埋、大斷面、小凈距復(fù)雜隧道進(jìn)行施工，其施工難度和風(fēng)險(xiǎn)極

2、大，地表沉降機(jī)理及施工所引起的地表沉降分布形態(tài)也極為復(fù)雜，國(guó)內(nèi)外有關(guān)這方面的研究成果鮮有報(bào)道，蓬勃發(fā)展此類工程的迅速發(fā)展和理論上的提升是極不協(xié)調(diào)的。因而，隧道施工對(duì)周圍建(構(gòu))筑物變形影響分析研究，確保周圍建筑物的安全使用和運(yùn)行有重要指導(dǎo)作用。
　　 本文在調(diào)研并總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，緊密結(jié)合深圳麒麟山隧道重要工程，采用有限元軟件MIDAS/GTS分別建立了二維和三維模型，模擬隧道在實(shí)際復(fù)雜地層條件下，實(shí)施工況對(duì)上覆高壓電塔

3、的變形影響進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬，分析地表變形及電塔地基處變形規(guī)律。建立了一套從參數(shù)確定、二維施工模擬、三維動(dòng)態(tài)施工模擬到地表變形規(guī)律的力學(xué)響應(yīng)系統(tǒng)。主要有如下工作：
　　 1、論述了數(shù)值分析中圍巖的本構(gòu)關(guān)系和強(qiáng)度理論，包括圍巖的屈服準(zhǔn)則、加工硬化定律和彈塑性本構(gòu)理論；討論了圍巖穩(wěn)定性的影響因素，簡(jiǎn)要概括了分析圍巖穩(wěn)定性的基本方法。
　　 2、論述巖土工程中數(shù)值分析參數(shù)選取方法及其確定。
　　 3、采用MIDAS/GTS

4、有限元軟件建立二維模型，對(duì)不同施工方法和實(shí)際工程的施工方法(雙側(cè)壁導(dǎo)洞多臺(tái)階法)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬，分析隧道圍巖變形及對(duì)上覆高壓電塔變形分析。
　　 4、通過(guò)MIDAS/GTS建立三維模型，模擬隧道在偏壓狀態(tài)下，采用雙側(cè)壁導(dǎo)洞多臺(tái)階法施工下，地表變形及電塔地基變形的特征和規(guī)律，并與二維分析和實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較討論，以求得到具有更廣泛意義的規(guī)律性，得出如下結(jié)論：
　　 (1)三維模擬施工過(guò)程在斷面云圖上和二維分析有一致性的規(guī)律，

5、并且在相同計(jì)算條件下，三維分析變形大小略小于二維分析，更為接近實(shí)際變形情況。二維分析結(jié)果表明：地表沉降曲線成正態(tài)分布曲線，距離隧道中軸較遠(yuǎn)處沉降量趨于0。雖然隧道處于偏壓狀態(tài)下，但沉降曲線基本上與Peck沉降曲線相吻合。地表水平位移曲線圖近似成正弦函數(shù)，在近左右隧道中軸位置，水平位移接近為0。地表水平位移方向趨于中軸方向，在中軸左側(cè)位置，地表產(chǎn)生向右的水平位移，并在一定范圍內(nèi)隨著距離增加逐漸增大至較遠(yuǎn)處為0，在中軸右側(cè)位置，地表產(chǎn)生向左

6、的水平位移，并在一定范圍內(nèi)隨著距離增加逐漸增大至較遠(yuǎn)處為0。三維分析結(jié)果與二維分析結(jié)果具有相似規(guī)律。
　　 (2)三維模擬分析隧道在實(shí)際復(fù)雜地層條件下，隧道施工將對(duì)地表沉隆變化產(chǎn)生較大影響，隧道下穿電塔所在剖面時(shí)將引起較大沉降，但沉降主要發(fā)生在斷面開(kāi)挖過(guò)后。
　　 (3)對(duì)比Y=35m斷面(電塔所在剖面)處，Y=90m斷面處(出洞口剖面)的沉降曲線圖可知，Y=35m處成近似正態(tài)分布曲線，這與二維分析電塔所在剖面結(jié)果相似，

7、而Y=0m(進(jìn)洞口剖面)處成近似“W”型曲線。主要原因是受隧道埋深影響，在Y=0m處隧道埋深超淺，沉降曲線類似兩個(gè)單線隧道引起的地面沉降曲線相疊加后的曲線，而Y=35m處埋深相對(duì)較深，沉降曲線等效一個(gè)半徑略大于單洞隧道半徑引起的地面沉降相同，這與Peck沉降理論研究相符合。
　　 (4)由Y=35m斷面(電塔所在剖面)的變形曲線圖中可知，電塔地基沉降曲線近似成線性分布，距離隧道越近，地表沉降越大。電塔地基水平位移曲線圖成近似直線