近接既有隧道的新建隧道开挖施工力学研究

近接既有隧道的新建隧道开挖施工力学研究

陈成就,陆梁广

(中铁大桥局三公司,广东广州510800)

󰀁󰀁󰀁摘󰀁要󰀁󰀁新建隧道近接既有隧道下开挖会产生复杂的应力状态。以某拟建隧道为背景,通过有限元软件研究了近接既有隧道开挖施工力学,分析了新建隧道开挖过程中的应力、应变及变形情况,为近接隧道的设计施工提供参考。

󰀁关键词󰀁󰀁近接隧道;󰀁施工力学;󰀁CRD工法

󰀁中图分类号󰀁󰀁U455󰀁41+1󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁文献标识码󰀁󰀁A

󰀁󰀁在地下工程近接施工中,新建结构物的施工会改变既有结构物的受力状态,从而对既有结构物产生不利影响。新建地下结构的受力模式也不同于半无限体或无限体中修建单一的一般状况,其初始应力场往往是经过多次扰动,施工将引起再次扰动,其受力往往是非对称的,表现出极大的变异性。概括地讲,新建结构物的施工会使围岩从原来的3次应力场演变到5次应力场。正是这种应力场的演变导致了既有结构和新建结构的受力变异,造成既有结构的安全性和新建工程施工的复杂性问题,这是不可回避且必须加以解决的问题,因此研究其复杂的受力机理和相应对策已成为当务之急。

本文以某拟建隧道为背景,通过有限元软件研究了近接既有隧道开挖施工力学,分析了新建隧道开挖过程中的应力、应变及变形情况,为近接隧道的设计施工提供参考。

状况见图7。

1󰀁有限元模型

有限元模型中隧道尺寸根据设计文件确定。本模型长140m,高90m,宽为30m,隧道埋深50m。隧道围岩为III级和IV级(上部分为IV级,下部分为III级)如图1。超前小导管支护、新建隧道二次衬砌采用三维实体单元来模拟;对于锚杆支护而言,采用提高围岩物性参数的方法来模拟。对于喷混凝土初期支护而言采用壳单元来模拟,初期支护中钢支撑、钢筋网采用提高壳单元的物性参数来模拟,如图2。隧道采用分步开挖修建,首先开挖中导洞,修筑中隔墙,然后采用CRD工法分右上、右下、左上、左下四步开挖右侧隧道,然后分上、下开挖左侧隧道。

2󰀁计算结果

2󰀁1󰀁既有应力场

既有隧道修建前自重应力场如图3所示,应力成层分布。左线隧道开挖后,围岩应力场如图4所示。从图4可以看出,在既有隧道边墙两侧竖向压应力较大,且存在应力集中现象。

2󰀁2󰀁导洞开挖后周围应力场

导洞开挖后,既有隧道与导洞之间的围岩承受了很大的压应力,应力集中程度增大,如图5和图6所示。建议该区域内的围岩在施工过程中应进行加固中隔墙竖直方向应力

󰀁󰀁[收稿日期]2009-03-23

[作者简介]陈成就(1973~),男,广东广州人,本科,工程师;陆梁广(1975~),男,广东广州人,本科,工程师。

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󰀁岩土工程与地下工程󰀁

偏压状态,如图10所示。

2󰀁4󰀁左洞贯通后应力场

左隧道贯通后,中隔墙竖向应力达到最大值,该竖向压力分布均匀,中隔墙所受的偏压状态得以减轻或消除,如图13所示。隧道建成后二次衬砌上的竖向压应力在拱脚处有最大值,如图11和图12所示。

3󰀁结论

(1)新隧道开挖前,在既有隧道边墙两侧竖向压应力较大,且存在应力集中现象。(2)导洞开挖后,既有隧道与导洞之间的围岩承受了很大的压应力,应力集中程度增大。建议该区域内的围岩在施工过程中应进行加固。

(3)右隧道开挖后,既有隧道与导洞之间的围岩应力变化不大,但中隔墙竖向应力开始急剧增大,中隔墙处隧道内侧附近的应力集度也处于较高水平,而且中隔墙所受的竖向压力不均匀,右边大,左边较小,处于一定的偏压状态。

(4)左隧道贯通后,中隔墙竖向应力达到最大值,该竖向压力分布均匀,中隔墙所受的偏压状态得以减轻或消除。隧道建成后二次衬砌上的竖向压应力在拱脚处有最大值。

参考文献

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2󰀁3󰀁右洞贯通后应力场

右隧道开挖后,既有隧道与导洞之间的围岩应力变化不

大,如图8和图9所示;但中隔墙竖向应力开始急剧增大,中隔墙处隧道内侧附近的应力集中度也处于较高水平,而且中隔墙所受的竖向压力不均匀,右边大,左边较小,处于一定的

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