浅埋偏压软岩隧道数值模拟及方案比选

程旭东,秦鹏举

(中国石油大学〈华东〉储运与建筑工程学院,山东青岛 266555)

浅埋偏压软岩隧道数值模拟及方案比选

程旭东,秦鹏举

(中国石油大学〈华东〉储运与建筑工程学院,山东青岛 266555)

围岩的应力应变是分析隧道开挖中围岩稳定性的重要依据。目前比较成熟的隧道施工力学方法主要是对隧道开挖过程进行数值模拟。通过大型有限元软件ANSYS,计算了不同埋深、不同坡度角、不同覆盖层厚度条件下,马鞍形浅埋偏压软岩隧道围岩的应力应变,分析其规律并进行方案比选,确定了此类隧道比较合理的设计方案。分析结果表明:以2倍洞径的埋深作为偏压隧道深埋或浅埋的判断依据是合理的;在保证围岩稳定不发生片帮冒顶的前提下,减小埋深和覆盖层厚度是比较合理的;隧道内壁各点的应力应变规律可以为隧道开挖中支护结构参数的选取提供参考。

浅埋偏压;软岩隧道;数值模拟;方案比选

0 引言

隧道工程建设中,在隧道洞口或穿越不对称地形,往往出现隧道结构两面埋深发生变化的偏压现象。如果这种偏压现象出现在Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级的软岩中,轻则使拱圈发生不对称变形,重则会导致隧道塌陷,影响着隧道围岩的稳定性。隧道施工过程中的围岩稳定性还与围岩的地质构造、岩性、岩石强度、隧道掘进方向与岩层之间关系、隧道开挖尺寸大小、隧道施工支护等密切相关[1],其主要分析方法有解析方法和有限元方法。力学解析方法主要是解椭圆形和圆形隧道在弹性体、粘弹性体等比较理想条件下的解析解,应用很有限,并且主要应用于求解深埋隧道中的应力应变,对浅埋隧道分析的较少。……