双跨连拱隧道的施工过程模拟和测试分析

1、双跨连拱隧道的施工过程模拟和测试分析1、工程概况张石高速公路野狐岭1#隧道起讫里程为K19+840K20+400，全长560，位于野狐岭段玄武岩台地区，恰处分水岭山脊和垭口重合地段；该隧道最大埋深位于隧道中部偏后为16.8，进出口段埋深12，其余埋深58，属于浅埋隧道。隧道围岩主要为级围岩，进口地段围岩以强风化碎块状玄武岩为主，次为亚粘土，地表风化强度更强，岩质疏松；出口地段主要为弱-强风化碎块状构造，次为碎石土；中部地段岩石风化程度较进口段弱，也以强风化碎块状玄武岩为主。由于岩体风化差异，致使疏松岩石与坚硬岩块相间出现，开挖过程很难控制开挖断面形状，施工困难。隧道横断面采用双跨连拱断面设计，

2、净宽10.25，建筑限界高度5.0，净高7.05.衬砌断面采用单心圆方案，半径为5.43，以利于构造受力以及便于施工。隧道平面布置主要服从道路总体走向，采取平曲线，纵坡坡度2.673%.详细尺寸如图所示。图隧道断面图Fig.1TherssSetinftheTunnel施工中遵循“先支护、后开挖、短进尺、弱爆破、快封闭、勤量测的施工原那么进展开挖施工。对于隧道洞口采用明挖法施工，隧道洞身段采用三导洞先墙后拱法施工，中导洞先行，左导洞滞后中导洞，右导洞滞后左导洞，导洞均采用正台阶法施工，台阶长度5-7，开挖进尺按两榀钢架间距进展。主洞开挖先进展左洞，右洞滞后左洞7-10.主洞开挖亦采用台阶法，上台

3、阶分部开挖预留核心土。2、有限元计算与分析采用ansys软件进展计算分析，该软件可以方便地模拟分部施工过程和地应力的释放。1计算模型确实定1模型的建立计算假定：隧道的受力和变形为平面应变问题；由于埋深较浅，仅考虑自重应力常根据圣维南原理，取洞径的23倍作为计算区域，上边界取至地外表；左、右边界为程度约束，下边界为程度和垂直约束。围岩用二维平面应变单元模拟，超前支护通过在加固范围内设置重叠单元并进步其地层的物理力学参数来实现，喷射混凝土用二维平面单元进展模拟，二次衬砌那么采用梁单元模拟2.网格按靠近开挖处较密、远分开挖处较疏的原那么划分，共划分了1602个单元，1274个节点。有限元网格如图2.

4、图2有限元计算模型Fig.2FEdel2计算步骤计算步骤分为12步：1导洞开挖及初期支护2墙浇筑3导洞开挖及初期支护4主洞上部开挖5主洞上部初期支护6主洞下部开挖及支护7洞开挖及初期支护8主洞上部开挖9主洞上部初期支护10洞下部开挖及支护11右洞二次初砌。加上初始应力场的计算共12步。转贴于论文联盟.ll.2计算结果及分析从计算得出的各个施工阶段的最大主应力、最小主应力以及位移量，得出以下分析。1中导洞开挖后，导洞拱顶沉降有7；浇筑中墙后，中墙底部的围岩出现小局部的塑性区，说明底部围岩有局部的破坏，修筑中墙时应注意加强基矗2左洞上部开挖后，中墙呈偏压状态，左侧墙底受拉，其值为0.96Pa，并未

5、超过混凝土的抗拉强度；开挖区附近围岩的程度方向的应力重分布情况较明显。3随着右洞的开挖与初期支护后，左、右洞拱脚部位支护混凝土压应力增长较快；中墙受力明显改善，受力状态趋于对称，中墙底部出现拉应力，但其值并未有太大的变化，约为1Pa；左、右洞拱顶均有约45的沉降。4二次衬砌施作后，从模筑混凝土的受力来看，仰拱普遍出现拉应力，其值大局部小于0.5Pa，局部出现1.18Pa的拉应力；拱顶也有拉应力出现，但未大于0.6Pa；中墙顶有6.63Pa的压应力，墙底出现1.01Pa的拉应力。3、监测内容与结果为评价承载构造受力状况，本文结合张石高速公路野狐岭1#连拱隧道施工，主要做了二次衬砌混凝土内力的量测

6、工作。根据现场情况，本次应变监测点选在K20+355断面上。详细测点布置如图4所示。此次的二次衬砌外表应变量测工作选用的仪器是长沙金码高科技实业消费的JZX212智能弦式数码应变计以及JZX-200X便携式综合测试仪，JZX212智能弦式数码应变计是一种表贴式应变计，根据监测时期的长短，可分别选用膨胀螺钉或粘贴剂将其固定在混凝土构造外表。普通传感器输出的均是原始信号频率等，而智能弦式数码传感器不仅保存了钢弦频率的直接输出功能，而且由于其已将计算方法和标定参数存储在了传感器内，因此还可以直接输出相对应的被测物理量应变等。图4二次衬砌外表应变测点布置Fig.4easuringPintsArrang

7、eentnSendaryLiningSurfae二次衬砌外表应变量测在拆模后马上进展，准备工作始于2022年8月下旬，量测工作从2022年9月1日开始，持续到10月23日进入冬季，天太冷，现场停顿大规模施工。尽管在准备阶段对左右洞均布设了测点，但由于施工原因，仅获得了左洞断面的量测结果。图5至图7为各测点的应变变化情况。实测结果说明，二次衬砌混凝土应变在量测过程中变化不大，由虎克定律求得二次衬砌混凝土外表应力值来看，除左洞拱顶测点存在拉应力外，其余测点均处于受压状态，并且所得拱顶拉应力值在0.6Pa以下；中墙墙身处于受压状态，中墙顶并未出现拉应力。所测二次衬砌在监测断面上的应力不大，在36Pa

8、之间，说明施工方案与设计方案是合理的，隧道构造受力状况良好。4、结语由计算分析结果和监控量测的数据来看，二次衬砌上的应力总体来说不大，在拱顶及仰拱部位存在着一定的拉应力，一般均满足其抗拉强度，只是仰拱局部出现较大的拉应力。就监测的应力状态而言，二次衬砌整体应力不大，隧道构造的受力状态良好。监控量测是信息化设计的重要组成内容，也是新奥法复合式衬砌设计、施工的核心技术。监控量测一方面可以掌握承载构造的动态变化，由此来预见险情，提早采取有效措施，保证施工平安；另一方面也是为以后的研究提供原始数据，积累工程资料。本文计算所采用的是二维有限元计算，但岩体的开挖属于三维问题，岩体的变形也存在空间效应，虽然二维有限元模型在简化计算过程的同时也能较好的反映岩体的应力和变形，但由于忽略了隧道开挖的空间效应，因此仅能得到计算断面处变形收敛的稳定位移，即最大位移。因此在实际的施工过程中应加强对围岩内部位移、净空收敛和拱顶下沉的