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公路隧道洞口段两种工法的施工力学分析

更新时间:2016-07-05

0 引言

随着我国社会主义市场经济的发展,公路隧道建设规模也越来越大,原来的小断面、短距离隧道已远远不能满足日渐增长的通行需求,大断面、长距离公路隧道越来越多。大断面隧道在设计时,应根据具体条件进行方案比选,进行全面的技术、经济比较。大断面隧道施工工序往往比较复杂,隧道围岩的稳定性与施工开挖方法、开挖顺序、支护方式和支护时间有着密切的关系。正确分析隧道施工过程中的围岩稳定性,以及隧道施工对周围岩体的影响范围和程度,是保证隧道安全、快速、经济施工的首要前提和必要条件。大断面公路隧道由于跨度大、进洞时埋深较浅,开挖时具有较大风险,常采用环形导坑法和上下台阶法施工。

大轮山隧道为双洞分离式双线公路隧道,单洞净跨度13.86m,净洞高9.68m,浅埋段最小埋深6m~7m左右,为预测不同开挖方式对周围环境影响,本文对其进行了三维弹塑性数值模拟,并形成结论,希冀能为今后的设计和施工提供参考支持。

1 工程概况

大轮山隧道起于厦门市同安区东山村西侧,向东北方穿过大轮山,止于厦门市新安村,作为白云大道的关键节点,建成后将成为同安区西外环一条重要的交通通道。

隧道沿线无重要建构筑物,所处地层主要为散体状、碎裂状强风化花岗岩。岩体为软岩,破碎,主要呈镶嵌状碎裂结构,局部为碎裂状松散结构。围岩基本质量指标[BQ]=117。围岩等级定为Ⅴ级。上覆土层为散体状强风化花岗岩、残积砂质粘性土和素填土。

隧道范围地下水类型主要为基岩裂隙潜水。稳定水位埋深约3.40m~13.20m。

1.2.2 符合率(仪器比对)和准确性确认方法。使用Panther 与本室目前正在运行的Tigris进行常规标本的平行检测。联检至少选择25份阴性标本,25份阳性标本进行比对。鉴别比对本次选择了20份阳性标本其中7份HBV DNA阳性、6份HIV RNA阳性、7份HCV RNA阳性。标本的阴阳性尽可能随机排列,对检测结果进行比对。通过公式计算各项性能指标,参照卫生部室间质评的通过标准,符合率≥80%以上即为确认通过。

线路参数如表1所示。

(3)塑性区范围

表1 线路参数表

起讫桩号长度平纵线型平曲线半径纵坡左线ZK0+452~ZK1+215763R=1100R=∝1832%~1478%右线YK0+452~YK1+220768R=1000R=∝1860%~1478%

洞口段的隧道地质情况如图1所示。拟采用上下台阶法和环形导坑法施工。

图1 洞口段地质横断面图

上下台阶法开挖时,上台阶长度一般控制在1~1.5倍洞径以内,但必须在地层失去自稳能力之前尽快开挖下台阶,支护后形成封闭结构,若地层较差,为了稳定工作面,也可以辅以小导管超前支护等措施,详见图2a。

(2)加强部门设置,遵循专业表决。 地方国有平台公司需要完善部门的设置,在明确各类业务事项分类、责任归属的基础上,施行定岗定编机制,由各部门负责部门业务的决策表决,做到‘专业人表专业事’,同时公司要明确牵头组织,在进行重大决策期间,要以财务部门、法务部门和内控部门的意见为主要参考意见。

我们对算法的实际效果进行评估,实验在Ubuntu 16.04系统下利用TensorFlow 1.3.0开发完成。实际电脑配置为:英特尔酷睿i7-3770@3.40 GHz处理器,DDR3 800 M Hz,8GB内存。实验数据为某市某发电厂一段时间内的发电负荷。

环形导坑法开挖时,上台阶取1倍洞径左右环形开挖,留核心土。用系统小导管超前支护、预注浆稳定工作面;用钢筋网钢拱架做初支;拱脚、墙脚设置锁脚锚杆。从断面开挖到初期支护、仰拱封闭不能超过10d,以确保地面沉降在可控范围内,详见图2b。

(a)上下台阶法

(B)环形导坑法 图2 开挖工序示意图

隧道主要支护参数如表2所示。

表2 支护参数表

锚杆初支喷砼钢拱架二衬参数Φ25中空注浆锚杆C2526cm厚工20b工字钢C3060cm厚

2 数值模拟

2.1 模型介绍

建模计算采用midas GTS NX通用岩土有限元分析软件实现。建立三维空间模型能够较为真实地模拟开挖和支护过程,体现出各工序在空间上的安排,分析在不同施工过程中,隧道围岩与支护结构的应力应变变化规律。

(1)由于隧道主要位于弱透水层和不透水层中,因此在计算时忽略地下水渗流的影响,模拟时采用水土合算方式考虑总应力。

③隧道二次衬砌采用实体单元模拟;

(3)对相关分析单元采用以下方式建模:

①锚杆采用植入式桁架单元模拟;

⑤土体采用实体单元模拟,岩体初始应力场不考虑构造应力,仅考虑其自重应力;

(2)岩土特性按Druker-Prager准则考虑。

根据上述数值分析结果,可知环形导坑法对变形的控制较好,主要原因为:①一次开挖面积较小,围岩松弛区域较小,围岩和周边变形较小。②核心土对掌子面的反压作用。

沃格特勒3号和4号机组分别始建于2013年3月和11月,最初计划分别于2019年12月和2020年9月投运,目前预计将分别于2021年11月和2022年11月投运。

②将钢拱架的弹性模量等效折算到喷混凝土模量中,用实体单元近似模拟;

⑥超前支护的作用效应通过提高地层的c、φ值近似模拟[1]

计算主要是对两种常用施工工法进行比较,因此仅选取单线隧道进行分析。根据岩土理论和工程经验,选取分析范围为60m×105m×70m(长×宽×高),隧道左右侧和下侧各保留3倍最大开挖尺寸,隧道走向取60m。计算初始自重应力和开挖效应时,左右边界为受水平向位移约束的边界,底部边界为受垂直向位移约束的边界,上部边界为自由变形边界。计算模型如图3所示。

(8)合并dataA和dataB为data_total,共2n例患者。用Sub_ori表示数据的来源,即Sub_ori=1表示数据来源于dataA,Sub_ori=2表示数据来源于dataB。

图3 模型网格划分图

2.2 土层参数

隧道开挖涉及土层主要有散体状强风化花岗岩⑥1、碎裂状强风化花岗岩⑥2、中风化花岗岩⑦以及超前加固土体。模型中将土层简化为水平层状分布的弹塑性材料。参考地勘资料和相关文献资料对土层和加固土体的参数取值[2],取各土层参数如表3所示。

表3 地层参数表

地层泊松比弹性模量(MPa)黏聚力(kPa)内摩擦角(°)计算容重kN·m-3)⑥1025252522215⑥2015535028225⑦0131507030245加固土021801003022

2.3 计算结果

隧道开挖造成地面沉降和开挖影响区内土体应力重分布,本节主要提取地表沉降、围岩稳定性和塑性区范围等方面的数据进行分析[3]。考虑到模型边界对结果的影响,计算结果取边界效应影响之外的单元数据。

(1)地面沉降

上下台阶法施工时,地面竖向沉降量为90.3mm;环形导坑法施工时,地面竖向沉降量为63mm,较上下台阶法减少30.2%,能够较好地控制对周边环境的影响,如图4所示。

(a)上下台阶法 (b)环形导坑法 图4 地面沉降云图

(2)围岩稳定性

上下台阶法施工时,拱顶竖向沉降量为102.5mm;环形导坑法施工时,拱顶竖向沉降量为74.5mm,较上下台阶法减少27.3%,对围岩稳定有明显优势,如图5所示。

(a)上下台阶法 (b)环形导坑法 图5 拱顶沉降云图

介入性产前诊断是指通过有创的穿刺技术获取胎儿成分(如绒毛、羊水、脐带血等)来进行胎儿宫内诊断一些先天性疾病的方法。随着二胎政策的全面开放,高龄孕妇越来越多,需要行介入性穿刺进行产前诊断的乙肝孕妇也越来越多,由于介入性穿刺技术的局限性,目前关于乙肝孕妇行介入性产前诊断的报道仍较少。我们回顾性总结了近1年来本院行介入性产前穿刺的乙肝孕妇资料,对其一般情况进行现状分析。

取开挖50m处断面进行分析,环形导坑法施工时洞周的塑性区范围比上下台阶法小,对围岩的扰动较小,围岩稳定性更高,如图6所示。

对墨家,冯先生注目于其功利主义及与儒家的不同,认为孔子是无所为而为,墨子是有所为而为。墨子著名的“三表”法的本质是功利,一切事为的价值皆以此来衡定。人民富庶是国家之大利,而对之无直接功用者皆是有害的。国家人民之大害,莫过于战争,故墨家倡兼爱、非攻之说。儒家代表士阶层,故需一定的文饰礼仪。而自功利眼光看来,皆无用之物,应予摒弃,故墨家倡导节用、节葬、非乐、短丧之说。自知非位高权重,故主张天志、明鬼,用天帝鬼神之暗中赏罚来儆戒世人。而鬼神之赏罚实是自己行为所招致,故又非命。

没有人会因为你秘而不宣的思想而记住你。向上帝祈求力量和智慧来表达它们吧,向你的朋友证明,他们对你来说是多么的重要。

(a)上下台阶法 (b)环形导坑法 图6 塑性区范围图

④初支、二衬同时施做,不考虑施工时的时间效应影响;

3 结论

(1)计算结果表明,对于隧道洞口段两种常用的施工工法都能保证施工安全。

将2016年11月—2017年11月期间纳入且诊治的50例胰腺癌患者当做此次分析目标,报道且评估MR检查和多排螺旋CT检查的诊断效果。

(2)上下台阶法的关键工序,是台阶的距离控制和断面的及时闭合。为了控制变形,应缩短上下台阶距离,开挖完成后立即施工初支,将围护结构尽快闭合成环。但台阶距离过短,又将增加施工工序,降低施工速度。

(3)环形导坑法的关键工序,即核心土的开挖时机。过早开挖核心土,围岩还未稳定,将导致过大变形。施工时应加强支护,及时测量围岩变形情况,待围岩变形趋于稳定后再对核心土进行开挖施工。

(4)环形导坑法能够较好地控制地面沉降,降低对周边环境影响,有效控制围岩变形,但开挖步序较多,对围岩多次扰动,实际封闭断面时间较长;上下台阶法施工工序简单,步序少,断面封闭较快,但对沉降控制不如环形导坑法。

(5)从缩短工期和经济性角度看,上下台阶法具有一定优势,从安全性、对周边环境影响方面看,环形导坑法更佳。施工时应根据围岩情况,结合超前地质预报和现场监测情况,选择合适开挖方式。

制定《黄委施行最严格水资源管理制度实施方案》,进一步明确落实最严格水资源管理制度所需的制度体系、指标准体系、执行体系和技术支撑体系。

[1] 吉小明,石明霞.浅埋暗挖隧道围岩预加固机理及稳定性分析[J].现代隧道技术,2008,238-243.

[2] 吴波,高波,骆建军.地铁区间隧道水平旋喷预加固效果数值模拟[J].西南交通大学学报,20004,39(5) ,605-608.

[3] 孔恒,王梦恕,姚海波,等.城市地铁隧道工作面开挖的地层应力分布规律[J].岩石力学与工程学报,2005,24(3):485-489.

商翔
《福建建筑》 2018年第04期
《福建建筑》2018年第04期文献

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