浅埋土质大断面隧道开挖顺序三维数值模拟研究

浅埋土质大断面隧道开挖顺序三维数值模拟讨论浅埋土质大断面隧道开挖顺序三维数值模拟讨论 摘 要：金普快速轨道线路 DK28+160-DK28+890 设计为地下暗挖双车道大断面隧道，下穿沈大高速公路。该区域地质复杂，围岩为黏土，性质比较差。本文基于弹塑性 Mohr-Coloumb 本构模型和三维拉格朗日数值模拟方法，对开挖顺序和施工过程进行三维数值模拟，分析了不同开挖顺序和支护条件下的围岩应力、位移和破损区情况，并对于地面沉降情况进行了分析。通过对不同方案施工结果的比较与评价，为合理的方案选择提供基础，对于施工具有重要的参考意义。 关键字：隧道；浅埋；大断面；开挖顺序；数值模拟 中图分类号：U45 文献标识码：A 一、引言 金普线位于辽东台隆和华北断坳两个二级构造单元的交接部位。金普快速轨道线路第六标段位于三十里堡，施工里程为 DK28+160-DK28+890，长 750 米。隧道拱顶离地面最深为 5 米，由于下穿沈大高速公路，地表沉降控制比较严格。隧道设计采纳 CRD 法施工，部分区段为Ⅵ级围岩。鉴于隧道结构和所处地质体的复杂性，为了对施工方案进行评价，基于弹塑性 Mohr-Coloumb 本构模型和三维拉格朗日数值模拟方法，对开挖顺序和施工过程进行三维数值模拟。 二、工程概况 隧道洞身揭露地层结构主要由粘性土、砂类土、碎石类土组成，断面的开挖方法选用 CRD 法进行施工。根据钻探揭示，该场地地层结构主要由第四系全新统人工堆积层（Q4ml）及第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）及震旦系中统（Z2）基岩组成。工程地质纵断面图见图 1。 图 1 地质断面图 三、有限元数值模拟 （一）有限元模型的建立 计算采纳有限差分软件 FLAC3D，依照施工图纸，建立数值模型如图 2，本次计算范围选取为：上部取至地表 5.35 m 左右，下部边界取至离隧道外缘周边约 24.6 m，模型长 10m；左右为水平约束边界，下部为垂直、水平约束边界，地表为自由边界。计算模型总单元数为 24400 个，总节点数为 27566 个。 图 2 数值模型 （二）参数取值 根据围岩的地质勘察报告及支护体系的经验取值。以表 1 的参数取值为本模型的计算参数。 表 1 围岩及支护体系的物理力学参数 四、不同支护条件的计算结果分析 （一）有支护条件的不同开挖顺序 在地质条件较差的情况下, 地下工程往往不能全断面开挖, 一蹴而就, 这就需要在施工中采纳合理的施工顺序。另外, 在地铁、公路铁路隧道中, 由于受地形限制, 往往不...