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淺埋大跨度隧道施工階段臨時支護(hù)安全性分析

文檔作者：周笑彭陽文檔來源：成都醫(yī)學(xué)院基建工程處		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2022年11月19日
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142
四川建筑科學(xué)研究
Sichuan Building Science
第36卷第6期
2010年12月
淺埋大跨度隧道施工階段臨時支護(hù)安全性分析
周 笑，彭 陽
(成都醫(yī)學(xué)院基建工程處，四川成都610081)
摘要：針對目前國內(nèi)采用CRD法修建隧道施工過程中對臨時中隔壁的安全性研究很少，結(jié)合某淺埋大跨度隧道對中隔壁采
用現(xiàn)場監(jiān)測和數(shù)值模擬兩種手段做了對比分析，兩種方法所得結(jié)果吻合良好。研究結(jié)果表明，在CRD1，3部超前和CRD1，2
部超前的情況下，中隔壁上部的水平位移都明顯大于下部，但結(jié)構(gòu)安全系數(shù)相差不大。以上研究為隧道的信息化施工提供了
依據(jù)，也為今后的相關(guān)工程積累了經(jīng)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞：淺埋大跨度隧道；臨時支護(hù)；CRD法；現(xiàn)場監(jiān)測；數(shù)值模擬
中圖分類號：TU94 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008—1933(2010)06—142—04
Analysis of security of temporary supports in shallow--depth large-·span
tunnel
ZHOU Xiao．PENG Yang
(Chengdu Medical College，Chengdu 610081，China)
Abstract：In view of the lacked study on security of temporary suppo~s on domestic tunnelling construction by CRD method at present，
we have employed two ways，in—situ monitoring and numerical simulation，in the phase of a tunne1．The results turned out to be perfectly
matched by comparison and analysis．The research indicates that horizontal displacement of upside is obviously higher than downside’s
whether CRD1，3 keeps ahead or CRD1，2 keeps ah ead，and safety factor of temporary supports is basically the same．As a result，this
study provides evidence for information—oriented construction of tunnel as well as experience for the future related projects．
Key words：shallow—depth large—span tunnel；temporary supports；CRD method；in—situ monitoring；numerical simulation
0 引 言
目前國內(nèi)的隧道施工安全技術(shù)研究主要集中于
臺階法施工的工程項(xiàng)目，對于采用CRD法等多部開
挖的施工方法，在修建復(fù)合式襯砌隧道結(jié)構(gòu)過程中
對臨時中隔壁研究的很少。本文主要就某淺埋大跨
度隧道在CRD法施工條件下，采用現(xiàn)場監(jiān)控量測成
果與數(shù)值仿真模擬結(jié)果進(jìn)行對比研究的方法，以此
分析中隔壁在隧道施工過程中的安全性。
1 現(xiàn)場監(jiān)控量測
1．1 測點(diǎn)的布設(shè)
對于隧道中隔壁的監(jiān)控量測而言，水平位移量
測是反映其結(jié)構(gòu)安全性的最直接方式 ，因此，本
隧道的施工監(jiān)測主要采用這種方法，并輔以振弦式
鋼筋計對中隔壁進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測，監(jiān)測斷面的間距按
有關(guān)規(guī)范 及合同要求確定。水平位移量測測點(diǎn)
收稿日期：2009-04-24
作者簡介：周笑(1971一)，男，滿族，江蘇泰興人，助理工程師，主
要從事工程管理方面的工作。
E —mail：cyzhouxiao@ yahoo．COll1．Cla
在埋設(shè)前先用小型鉆機(jī)在待測部位成孔，用錨固劑
將掛鉤錨固，采用隧道收斂計量測水平收斂變形，因
此，該水平收斂的量測值是由中隔壁和邊墻的變形
共同引起的，我們可以根據(jù)水平收斂的變化值，采用
中線法或者閉合三角形數(shù)值分析方法求得中隔壁的
變化值。測點(diǎn)布設(shè)如圖1所示。
圖1 中隔壁測點(diǎn)布設(shè)示意
Fig．1 Distribution of measurement points on temporary
supports
1．2 量測結(jié)果與分析
1．2．1 CRD1，3部超前中隔壁量測結(jié)果分析
(1)水平位移量測結(jié)果
2010 No．6 周 笑，等：淺埋大跨度隧道施工階段臨時支護(hù)安全性分析 143
對l0個斷面的位移量測結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計，將各
部開挖引起圖1中測點(diǎn)2的水平位移列于表l，并
將前5個斷面的水平變形結(jié)果繪制時程曲線，如圖
2所示。
表1 各部開挖弓l起測點(diǎn)2的水平位移變化值
Table 1 Horizontal displacement of 2nd measuremem
point by each part
項(xiàng)目 各部開挖引起測點(diǎn)2的水平位移變化值／mm
注：表中正值代表中隔壁向左側(cè)邊墻移動，負(fù)值代表中隔壁向右側(cè)邊
墻移動。
圖2 測點(diǎn)2水平變形曲線
Fig．2 Horizontal di splacem ent curve of 2nd
measurement point
(2)應(yīng)力量測結(jié)果
對2個應(yīng)力斷面各施工部開挖引起圖1中各測
點(diǎn)的內(nèi)力量測結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計，其平均值見表2，安
全系數(shù)隨開挖部的變化如圖3所示。
表2 各部開挖引起中隔壁的內(nèi)力及安全系數(shù)變化值
Table 2 Internal force and safety factor of temporary suppo rts with diferent steps
(a)CRD1部開挖后 (b)CRD3部開挖后
(c)CRD2部開挖后 (d)CRD4部開挖后
圖3 實(shí)測中隔壁安全系數(shù)
Fig．3 M easur ed safety factor of tem porary supports
(3)量測結(jié)果分析
中隔壁測點(diǎn)2，3的水平位移及內(nèi)力關(guān)系統(tǒng)計，
見表3。
由表3可以看出，中隔壁上部的變形受CRD3
部的開挖影響最大，并在CRD2部開挖后即達(dá)到了
最大值，下部的變形雖然較小，但對應(yīng)的結(jié)構(gòu)內(nèi)力較
大，中隔壁在整個開挖過程中的內(nèi)力呈增大趨勢，并
在CRIM部開挖后安全系數(shù)達(dá)到最小值。
表3 中隔壁水平位移及內(nèi)力關(guān)系
Table 3 Relation between horizontal di splacem em and
internal force of tempo rary supports
注：表中所不變形值為各斷面平均值。
1．2．2 CRD1，2部超前中隔壁量測結(jié)果分析
(1)水平位移量測結(jié)果
對8個斷面的位移量測結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計，將各
部開挖引起圖1中測點(diǎn)2的水平位移列于表4，并
將前4個斷面的水平變形結(jié)果繪制時程曲線，如圖
4所示。
(2)應(yīng)力量測結(jié)果
對2個應(yīng)力斷面各施工部開挖引起圖1中各測
點(diǎn)的內(nèi)力量測結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計，其平均值見表5，安
全系數(shù)隨開挖部的變化，如圖5所示。
加 0 枷 枷 渤 ㈣
§u／漤 *
144 四川建筑科學(xué)研究 第36卷
表4 各部開挖引起測點(diǎn)2的水平位移變化值
Table 4 Horizontal displacement of 2nd measurement
point by each part
項(xiàng)目 各部開挖引起測點(diǎn)2的水平位移變化值／mm
注：同表1。
圖4 測點(diǎn)2水平變形曲線
Fig．4 Horizontal displacement curve of 2nd
measurem ent point
表5 各部開挖引起中隔壁的內(nèi)力及安全系數(shù)變化值
Table 5 Internal force and safety factor of temporary supports winl different steps
(a)CRD1部開挖后 (b)CRD2部開挖后
(c)CRD3部開挖后 (d)CRD4部開挖后
圖5 實(shí)測中隔壁安全系數(shù)
Fig．5 M easur ed safety factor of tempo rary supports
(3)量測結(jié)果分析
中隔壁測點(diǎn)2，3的水平位移及內(nèi)力關(guān)系統(tǒng)計，
見表6。
表6 中隔壁水平位移及內(nèi)力關(guān)系
Table 6 Relation between horizontal displacement and
internal force of temporary supports
注：同表3。
由表6可以看出，中隔壁上部的變形在CRD2
部開挖后即達(dá)到了最大值，下部的變形較小，但對應(yīng)
的結(jié)構(gòu)內(nèi)力較大，整個開挖過程中，中隔壁的內(nèi)力呈
增大趨勢，并在CRD4部開挖后安全系數(shù)達(dá)到最小
值。
2 施工數(shù)值模擬
為了從理論上進(jìn)一步深入研究兩種施工工序下
中隔壁的安全性，以下將根據(jù)實(shí)際開挖步驟，利用三
維有限差分程序FLAC如2．0，對隧道施工全過程采
用Mohr—Coulomb 準(zhǔn)則進(jìn)行動態(tài)模擬。
2．1 模型的建立
在有限元計算中，邊界約束條件對計算結(jié)果影
響較大，根據(jù)文獻(xiàn)[3]，本次計算范圍選取為：上部
取至地表(15 m)，左右部及下部邊界取至離隧道外
緣周邊約50 m，模型長60 m；左右為水平約束邊界，
下部為垂直約束邊界，地表為自由邊界；每施工部臺
階長度為12 m，每次進(jìn)尺1．5 m，研究斷面取在距前
邊界20 m處。計算中，用8節(jié)點(diǎn)6面體實(shí)體單元模
擬圍巖、初期支護(hù)及臨時支護(hù)。計算模型總單元數(shù)
為140300個，總節(jié)點(diǎn)數(shù)為148461個。計算模型網(wǎng)
格如圖6所示。
計算模型中，對錨桿加固的土體圍巖，按經(jīng)驗(yàn)采
取提高其C， 值來加以仿真模擬 4 J，圍巖及支護(hù)材
料的力學(xué)參數(shù)取值見表7。
2010 N。．6 周笑，等：淺埋大跨度隧道施工階段臨時支護(hù)安全性分析 145
圖6 有限元網(wǎng)格
Fig．6 The FEM m esh for calculation
表7 圍巖及支護(hù)體系力學(xué)參數(shù)
TabIe 7 Mechanical parameters of the mate~als
2．2 動態(tài)施工模擬
利用上述有限元模型，對CRD1，3部超前與
CRD1，2部超前兩種施工工序進(jìn)行有限元動態(tài)施工
模擬。將兩種施工工序的中隔壁計算安全系數(shù)隨開
挖部的變化繪制如圖7，8所示。
(a)CRDI部開挖后 (b)CRD3部開挖后
(c)CRD2部開挖后 (d)CRD4部開挖后
圖7 CRD1。3部超前安全系數(shù)
Fig．7 Safety factor with CRD1，3 keeping ahead
由圖7，8可知，在兩種施工工序的整個開挖過
程中，中隔壁的內(nèi)力呈增大趨勢，且安全系數(shù)與實(shí)測
值非常接近，都能滿足規(guī)范要求 J。在CRD1，3部
超前的情況下，CRD3部的開挖引起中隔壁的內(nèi)力
(a)CRDI部開挖后(b)CRD2部開挖后
(c)CRD3部開挖后 (d)CRD4部開挖后
圖8 CRD1。2部超前安全系數(shù)
Fig．8 Safety factor with CRD1。2 keeping ahead
變化較大，而CRD1，2部超前時，CRD2，3部的開挖
對中隔壁內(nèi)力的影響都比較大，這與實(shí)測結(jié)果都非
常吻合。
3 結(jié) 論
通過對兩種施工工序中隔壁的位移與內(nèi)力的動
態(tài)監(jiān)測與數(shù)值模擬，得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：
(1)中隔壁上部的變形在CRD2部開挖后達(dá)到
最大值，下部的變形較小，且上下兩部分的水平變形
相差較大。
(2)中隔壁在整個開挖過程中的內(nèi)力呈增大趨
勢，并在CRD4部開挖后安全系數(shù)達(dá)到最小值。
(3)計算結(jié)果與監(jiān)測結(jié)果吻合良好，因此，可以
通過對施工過程的動態(tài)模擬預(yù)先掌握施工過程中中
隔壁的變形規(guī)律，這也說明，采用現(xiàn)場監(jiān)i見4與數(shù)值模
擬相結(jié)合的方法對指導(dǎo)隧道的信息化施工是有效
的。
參考文獻(xiàn)：
[1] 黃成光．公路隧道施7-[M]．北京：人民交通出版社，2002．
[2] JTJ042--94公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S]．北京：人民交通出版
社，1995．
[3] 徐干成，白洪才，鄭穎人．地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)[M]．北京：中國
水利水電出版社，2002．
[4] 朱合華，丁文其．地下結(jié)構(gòu)施工過程的動態(tài)仿真模擬分析[J]．
巖石力學(xué)與工程學(xué)報，1999，18(5)：558362．
[5] JTG D70—2004公路隧道設(shè)計規(guī)范[s]．北京：人民交通出版
社。20o4．

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