双拱引水隧洞在不同工况下竖向位移的数值模拟研究

2022-08-09 07:22毛远辉侯付闯
水利科技与经济 2022年7期
关键词:右线损失率隧洞

毛远辉,侯付闯

(1.新疆水利水电规划设计管理局,乌鲁木齐 830000;2.陕西中凯恒瑞工程项目管理有限公司,西安 710000)

1 概 述

随着水利引水工程的大量建设,不可避免出现越来越多的隧洞工程,对此学者们进行了大量的研究。王阅章[1]依托某隧洞工程,研究了不同超前小导管管径对隧洞地表沉降的影响,研究结果表明外插角对地表沉降影响最密切。陈福勇等[2]结合随机场理论,提出了大尺度三维随机场生成方法,结果表明随机场计算得到的隧洞失效概率小于传统的计算方法。冉建西等[3]描述了阵列式位移法在盾构隧洞施工期中的运用,认为该位移法可解决盾构机与观测工作之间的矛盾。王炼[4]介绍了两个围堰工程的设计结构及其施工过程,并提出钢桩设计改进方法。贾元霞[5]针对傍山浅埋偏压隧洞工程施工问题,提出放坡明挖、支挡明挖方案。研究结果表明,护拱暗挖进洞方案中开挖及防护工程量小,满足工程实际需求,值得大力推广。于兴达[6]认为浅埋暗挖法隧洞施工技术是目前较为先进的施工技术,并对该技术的关键控制因素进行了分析,最后提出了进一步的优化建议。孙江涛[7]认为在隧洞支护施工中,“超前大管棚+小导管注浆”应用前景较好,结合该方法本文提出了许多建议。林海秋[8]针对隧洞施工中存在的地质灾害处理技术水平不高的问题,提出了多种地质灾害处治措施,该处治措施可为同类隧洞灾害处治提供参考。

由于以上研究均未分析双拱引水隧洞在不同工况下的竖向位移变化,因此本文结合某具体双拱隧洞工程,利用数值模拟对不同工况下的隧洞位移进行研究,以期为类似的隧洞工程提供参考与借鉴。

2 工程概况

某双拱隧洞工程位于四川省巴中市,属于引水隧洞,隧洞长514 m。结合地勘资料可知,隧洞所处地层的原始地质面貌是剥蚀残丘、马栏河阶地以及海漫滩。上层覆盖为第四系的素填土层、淤泥质粉质卵石层、黏土层、冲洪积层、坡洪积层,下伏青白口系细河群桥头组、震旦系长岭子组板岩和石英岩的互层,局部存在中生代的燕山期辉绿岩层的侵入。

经过地质勘察,隧洞区域岩土体从上至下依次为风化土、风化岩和硬岩。

3 数值模拟

3.1 模型的建立

数值模拟采用PLAXIS,数值模拟隧洞研究区域长×宽×高为248 m×124 m×84 m,数值模拟见图1。

图1 引水隧洞模型图(单位:m)

3.2 模型的属性

PLAXIS 3D可提供线弹性模型、Mohr-Coulomb(MC)模型、Hardening-Soil(HS)模型,节理岩石(JR)模型、修正剑桥模型等多种本构模型。结合该隧洞的实际地质情况,选择MC模型。数值模拟中,盾构设备采用板单元进行模拟。隧洞砼型号为C40,砼选择弹性模型,弹性模量为3.45×1010Pa,体积模量为2.81×1010Pa。岩土体和盾构设置的物理力学性质见表1和表2。

表1 岩土体的物理力学性质

表2 盾构设置相关参数

数值模拟共计862 026个节点,688 012个单元,模型计算至最大不平衡力变化率小于1×10-5截止。

选择距离隧洞左线146 m处的断面为典型断面,对隧洞开挖进行以下8种工况的研究:

工况1:左线盾构到达前,即刀盘距离断面8.8 m

工况2:左线盾构到达时,刀盘抵达断面处

工况3:左线盾尾脱出,盾尾到达断面

工况4:左线盾构通过后,即盾尾脱离断面8.8 m

工况5:右线盾构到达前,刀盘距离断面8.8 m

工况6:右线盾构到达时,刀盘到达典型断

工况7:右线盾尾脱出,盾尾抵达断面

工况8:右线盾构通过后,盾尾离开断面8.8 m

3.3 模拟的结果

利用数值模拟进行研究分3种情况,分别为正常施工条件、不利地层损失率条件和有利地层损失率条件。正常施工条件是指按照设计要求正常开挖;地层损失指的是盾构施工中挖土体积和建成隧洞体积之差;地层损失率为占盾构理论排土体积的百分比。不利地层损失率和有利地层损失率均控制在10%以内。

数值模拟结果见图2-表4。

由图2(a)可知,正常控制条件下,工况8的累积沉降最大,接近30 mm,工况左线盾构到达前和右线盾构到达时累积沉降最小。由图2(b)可知,左线盾构通过后的累积沉降最大,占比总沉降53%。

图2 正常控制数值模拟结果

由图3(a)可知,正常控制条件下,工况8的累积沉降最大,接近40 mm,工况左线盾构到达前和右线盾构到达时累积沉降最小。由图3(b)可知,左线盾构通过后的累积沉降最大,占比总沉降54%。

图3 不利地层损失率数值模拟结果

由图4(a)可知,正常控制条件下,工况8的累积沉降最大,接近14 mm,工况左线盾构到达前和右线盾构到达时累积沉降最小。由图4(b)可知,左线盾构通过后的累积沉降最大,占比总沉降48%。

图4 有利地层损失率数值模拟结果

4 结 论

本文结合某引水隧洞开挖项目,对不同工况条件下的隧洞竖向位移进行了数值模拟研究,研究结果表明:

1)正常开挖条件下、不利地层损失率条件下和有利地层损失率条件下,不同的工况最大沉降约为30、40和14 mm,工况8情况下沉降最大。

2)在有利地层损失率条件下进行施工,地层的沉降率明显低于正常开挖和不利地层损失率条件,应当开展有利地层损失率的施工。

3)数值模型仅研究了3种工况下的沉降位移,并没有从受力、工期和安全性条件进行分析,此方面的研究有待进一步深入。

猜你喜欢
右线损失率隧洞
沈阳快速路工程跨铁路钢梁顶推转体组合施工技术
水利工程隧洞开挖施工技术与质量控制
左右线分岔四洞隧道施工力学特性三维分析
湿法炼锌除铝技术的研究与实践
农业农村部印发《意见》提出到2025年农产品加工环节损失率降到5%以下
不同油菜品种机收损失率及其与产量性状的相关性
隧洞止水带安装质量控制探讨
隧洞洞内施工控制测量技术浅析
超前预报结合超前探孔技术在隧洞开挖中的应用
天津市软土地层地铁盾构区间下穿施工对京沪高铁南仓特大桥影响的数值分析