立交隧道“先下后上”施工力学特性.pdf
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1、Intelligent Building and Construction Machinery智能建筑与工程机械2024年 2月Feb.2024第6卷 第2期Vol.6 No.20 引言珠海大横琴山隧道与上方的珠机城际隧道存在立体交叉情况,上方隧道施工将对下方的大横琴山隧道产生影响。目前对立交隧道的研究较多,裴丽1则建立三维立交隧道数值模拟模型,对围岩位移变化、支护结构内力变化及围岩应力变化进行分析,得出在 0.25D、0.5D、0.75D、1D(D 隧道外径值)净距下隧道力学性征变化规律。李少刚2对 5 种施工顺序进行模拟(上上-下下、上-上-下-下、下下上上、下下-上上、下-下-上-上,全
2、断面法施工),得出地表沉降、周边位移场、拱顶沉降、水平位移、交叉区域应力场、初期支护主应力。颜勤3对上下垂直交叉隧道及上下 60交叉隧道进行有限元模拟,分别对“先上后下”及“先下后上”两种工况开挖完毕后的后行洞周边围岩及支护结构的应力位移变化、地表沉降及塑性区特征进行分析。珠海大横琴山隧道大跨段大角度下穿珠机城际铁路横琴隧道,于右线 YK1+285.237(珠机城际铁路横琴隧道里程:DK21+263.023)相交,其与珠机城际隧道的竖向净距为 3.5 m。下穿珠机城际铁路横琴隧道段穿越岩体节理密集破碎带,主要由中风化花岗岩构成,围收稿日期:2023-11-05作者简介:于国垒(1986),男,
3、内蒙古赤峰人,本科,工程师,研究方向:工程施工。立交隧道“先下后上”施工力学特性于国垒(中铁十六局集团路桥工程有限公司,北京 101500)摘 要:立交隧道“先下后上”施工时,为了研究下方隧道变形受力特性以及安全情况,根据大横琴山一号隧道与珠机城际隧道交叉段施工实际,建立仿真模型,得出下方大横琴山一号隧道周边位移及围岩应力变化规律。结果表明:上方隧道的开挖对下方隧道影响范围大致在交叉点前后 20 m 区域内,下方隧道拱顶沉降及周边围岩应力均存在一定的减小,但影响较小,下方隧道较安全。关键词:立交隧道;数值模拟;围岩应力;施工安全中图分类号:U459.3文献标识码:A文章编号:2096-6903
4、(2024)02-0055-03工程机械与智控岩级别为、级围岩。本文模拟研究先开挖下方大横琴山一号隧道,后开挖上方珠机城际隧道时,下方大横琴山隧道的变形受力特性以及施工安全性,从而为施工提供参考。1 有限元模型的建立1.1 有限元参数的选取本模型采取摩尔-库伦土体本构进行模拟,据工程地勘说明书,围岩为中-微风化花岗岩,围岩级别为级,锚杆区域以增大围岩弹性模量及黏聚力等参数进行等效代替,根据岩土设计参数设计值,选取表 1 参数设计值。1.2 模型的建立使用 ABAQUS 软件建立 160 m200 m180 m的三维实体单元模型模拟土体结构,增大围岩弹性模量及黏聚力 10%为锚杆区域参数,采用实
5、体单元建立支护结构,根据大横琴山一号隧道 SD2 断面衬砌设计图,建立 31 cm 初期支护,建立 80 cm 二次衬砌。根据珠机城际隧道断面设计图,建立 30 cm 支护结构,对土体模型下部边界的 X、Y、Z 方向进行约束,对左右边界的 X 方向进行约束,对前后边界的 Y 方向进行约束,模型及网格划分如图 1 所示。大横琴山一号隧道以 CD材料类别弹性模量/GPa泊松比密度/kgm-3黏聚力/MPa摩擦角/围岩(花岗岩)3.50.332 5600.430初期支护28.50.22 400二次衬砌31.50.272 420珠机隧道支护310.262 417表 1 摩尔-库伦土体结构及支护结构参数
6、表智能建筑与工程机械 56 第6卷a 隧道土体实体图护结构参数表b 支护结构网格图图 1 模型及网格划分图图 2 拱顶沉降曲线图法进行施工,珠机城际隧道以全断面法进行施工。2 数值模拟结果分析2.1 位移变化规律针对“先下后上”施工工况,分析珠机城际隧道开挖时对大横琴山一号隧道的影响,根据珠机城际隧道每3 m 一个开挖步,及珠机城际隧道与大横琴山一号隧道相互影响,观察珠机城际隧道开挖到中轴线前后 24 m内时大横琴山一号隧道围岩位移变化情况,大横琴一号拱顶沉降曲线图如图 2 所示。从图 2 可以看出,在珠机城际隧道开挖前,大横琴山一号隧道拱顶沉降基本相等,其值约为 15.1 mm。在大横琴山一
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