新奥法施工数值模拟及量测研究

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随着我国城市化的快速进展,地下空间的开发与利用也已经提高到人类发展的战略高度。城市地铁极大的缓解了城市交通阻塞、空气污染、生存空间等危机。作为常用的一种施工方法新奥法(NATM),是以维护和利用围岩的自稳能力为基点,应用岩体力学原理,将锚杆和喷射混凝土集合在一起作为主要支护手段,形成以锚杆、喷射混凝土和隧道围岩三位一体的承载结构。由于隧道施工不可避免的会产生岩土体扰动,引起隧道周边岩土体的移动与变形。目前国内外不少学者已对此问题作了大量深入的研究。本文结合大连地铁一期工程215标段隧道新奥法施工量测,采用大型有限元软件ABAQUS对开挖、初支进行了模拟。本文的主要研究内容及结论:(1)归纳了国内外隧道变形研究现状,总结了新奥法施工工艺、量测技术及大连地铁215标段施工概况和监测项目并简单介绍了盾构法。(2)通过六心圆法双洞施工模拟可以得到,变形量主要集中在上断面开挖过程中。当两洞之间间距大于2B(隧洞的开挖宽度)时,可忽略两洞之间的施工影响。上断面开挖完毕后,拱脚处会产生较大的集中应力,底部土体产生较大隆起,应及时施作仰拱,锁脚锚杆可以有效减小集中应力。净空收敛最大变形量发生在拱脚。(3)对同一断面不同开挖支护方式进行模拟和不同围岩的安全系数进行模拟,得出超前小导管支护更适合软岩。双线隧道地表沉降槽曲线为“双峰”形态,隧道埋深大于>3D(D为隧道直径)时,不再必要量测地表隆沉。(4)对同一断面采用不同的开挖进尺进行三维数值模拟,发现在衬砌的拱顶和拱底,地层变形量最大,随着与隧道工作面距离的加大,变形量逐渐减小,具有衰减性。当隧道工作面向前延伸到5倍的开挖进尺时,初始工作面由急剧变形阶段转为缓慢变形阶段。进尺大小对地层的变形影响较大。(5)通过对不同厚度衬砌模拟发现衬砌并非越厚越好,存在一合理值。锚杆的主要承载能力主要集中于锚杆的前段。通过释放围岩不同应力推断由于围岩的自承能力,初期支护存在一个较合理的时间段。塑性区主要分布在边墙,应力和弯矩也是边墙最大。(6)选择本标段埋置较深、较浅、地质较差3处断面进行了二维模拟及里程为DK35+710处断面进行了三维模拟,模拟值和现场监控量测数据得到了较好的一致性。
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