隧道洞口偏壓段邊坡施工過程及穩(wěn)定性分析_圖文

1、文章編號:100926825(20090820336202隧道洞口偏壓段邊坡施工過程及穩(wěn)定性分析收稿日期:2008211220作者簡介:楊祥亮(19772,男,工程師,北京市政建設集團有限責任公司第四工程處,北京100055肖榮(19752,男,碩士,工程師,中交第三公路工程局有限公司,北京100011楊祥亮肖榮摘要:采用Midas/GTS 有限元軟件對擬建的隧道洞口邊坡進行了數(shù)值分析,計算結果表明,邊坡的應力、位移均較小,均未超過控制標準,不易造成邊坡體的破壞;在靜力作用下不會發(fā)生整體滑動,邊坡的安全儲備系數(shù)可以滿足要求擬建隧道洞口區(qū)的施工及運營安全。關鍵詞:數(shù)值計算,邊坡,強度折減中圖分類

2、號:U455文獻標識碼:A目前,為保護自然生態(tài)環(huán)境,在隧道洞口段設計中常常為避免破壞脆弱的環(huán)境,提倡設置隧道明洞結構,認為明洞方案可恢復原始地形地貌,減少地質(zhì)災害的發(fā)生。在實際工程中,有時會造成許多隧道明洞長度不必要的加長,導致通風與運營費用增加,而且明洞對線形的要求也比較嚴格,易對行車安全產(chǎn)生不利影響,因此,本文針對一待建隧道的洞口偏壓地形段采用明洞方 案的可行性,對其邊坡的施工過程及穩(wěn)定性進行了數(shù)值分析,以便為設計決策提供指導。1工程概況及計算模型1.1工程概況擬建隧道全長450m ,隧道出口端右線距洞口5m 25m 區(qū)段內(nèi)側有一天然高邊坡。隧道區(qū)出露的地層有第四系亞黏土、角礫、碎石和泥盆

3、系中統(tǒng)的石灰?guī)r;隧道區(qū)出露的巖層主要有泥盆系中統(tǒng)棋子橋組石灰?guī)r。區(qū)內(nèi)地下水主要為石灰?guī)r中的裂隙水和巖溶水。裂隙水主要賦存于石灰?guī)r裂隙中,局部基巖裂隙較發(fā)育。地震烈度為6度,按7度進行抗震設防。1.2計算方法針對擬建隧道洞口外出現(xiàn)路塹高邊坡的地形特征,選用巖土工程有限元分析程序Midas 2GTS 對該斷面進行了施工階段數(shù)值仿真分析,為簡化計算采用了二維平面應變模型,計算分析了邊坡動態(tài)開挖的力學性狀,并基于有限元強度折減法進行了安全性評價。圍巖采用理想彈塑性模型、摩爾庫侖強度破壞準則。1.3數(shù)值模型尺寸及邊界為了真實地仿真邊坡開挖過程中的位移、應力變化特征及邊坡的穩(wěn)定狀態(tài),建模過程中模擬真實原始

4、地面線,左邊界取為距邊坡開挖坡腳A 點40m ,水平單向約束;右邊界取為距邊坡開挖坡腳100m ,水平單向約束;底部邊界取為設計路面下40m ,豎直單向約束;上表面為自由坡面的邊界,無約束。開挖后的人工邊坡為四級邊坡,總坡高約為30.5m 。邊坡模擬實行動態(tài)的施工過程分析,首先模擬原始地形下的應力狀態(tài),然后對人工擬開挖的邊坡進行應力、應變及穩(wěn)定性分析。1.4地層的物理力學參數(shù)圍巖計算參數(shù)是在地勘報告與G B 50218294工程巖體分級標準中的級偏差巖體基本質(zhì)量級別建議參數(shù)的基礎上,結合現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查情況綜合選取,見表1。表1巖體物理力學參數(shù)值巖體基本質(zhì)量級別容重kN/m 3變形模量GPa 泊松

5、比內(nèi)摩擦角(°粘聚力MPa 23.01.30.35280.22邊坡施工過程分析為了在自然斜坡開挖前再現(xiàn)原巖的初始地應力分布狀態(tài),在計算模型生成之后,在自重作用下模擬初始地應力場(見圖1,由圖1可知最大初始主應力值自至上而下逐漸增加,最大主應力約0.85MPa 。由于邊坡開挖卸載,導致坡體出現(xiàn)指向臨空面的位移,如圖2所示的位移最大值出現(xiàn)在邊坡坡腳,約為1.4mm ,這個值和經(jīng)驗Comprehensive entering into tunnel construction technology of large section w eak surrounding rock tunnelL

6、 I Xiao 2gangAbstract :Combining with project general situation of large section weak surrounding rock tunnel ,the author discusses the Z iling tunnel s en 2tering into tunnel adopting measures of anchor net spray boundary heading slope protection ,well 2point dewatering ,leading steel pipeline shed

7、 and double side drift method ,results show that this tunnel s entering into tunnel construction receives good effect.K ey w ords :tunnel ,weak surrounding rock ,entering cave ,construction technology633第35卷第8期2009年3月山西建筑SHANXI ARCHITECTUREVol.35No.8Mar.2009理論控制標準對比后確定邊坡是安全的 。邊坡開挖后的剪應力分布如圖3所示, 剪應力形成

8、以坡腳為中心的半圓形分布,第一級邊坡坡腳處的最大剪應力約為0.18MPa ,向坡體內(nèi)逐漸減小;最大剪應力沒有超過控制標準,邊坡開挖過程安全。3邊坡穩(wěn)定性計算為了進一步定量的評價邊坡開挖后的穩(wěn)定性,下面應用了基于有限元的強度折減法進行邊坡穩(wěn)定性計算 。邊坡穩(wěn)定性分析的有限元強度折減法是通過不斷降低邊坡巖土抗剪強度參數(shù)使其達到極限破壞狀態(tài),從而可以直接計算得到邊坡的破壞滑動面和強度儲備安全系數(shù)。圖4,圖5分別為邊坡開挖達到極限破壞狀態(tài)下的位移失量分布圖及最大剪應變分布圖,最大剪應變貫通坡腳與坡頂后緣,形成了潛在的滑動破裂面。應用有限元強度折減法計算所得的安全儲備系數(shù)為2.29。4結語通過對隧道洞口

9、的邊坡進行施工過程及穩(wěn)定性分析后認為,邊坡的應力、位移均較小,均未超過控制標準不易造成邊坡體的破壞,同時邊坡安全系數(shù)也較大,與規(guī)范規(guī)定的最小安全系數(shù)相比較大,在靜力作用下不會發(fā)生整體滑動,邊坡的安全儲備系數(shù)可以滿足要求擬建隧道洞口區(qū)的施工及運營安全。另外,道路內(nèi)側為天然斜坡體,如果采用明洞方案,由于外側地基承載力要求較高,且偏壓式擋土墻對環(huán)境的影響不可恢復,故本文建議采用偏壓式明洞。鑒于數(shù)值計算及相關對比分析,隧道洞口的設計中宜采用邊坡方案,在做好邊坡外防排水的基礎上,坡面采用當?shù)匾壮苫畹闹脖蛔鳛榫G化,配合三維植草網(wǎng)進行護面。參考文獻:1MIDAS Information Technology

10、 Co.Ltd.MIDAS User GuideR .北京:北京邁達斯技術有限公司,2006.2雷金山,蘇鋒,陽軍生.土洞對地鐵隧道開挖的影響性狀研究J .鐵道科學與工程學報,2008,5(2:57263.3李家泉,許文飛.有限元強度折減法在排土場邊坡穩(wěn)定分析中的應用J .礦業(yè)快報,2008,24(1:53254.4鄭穎人,趙尚毅.巖土工程極限有限元法及其應用J .土木工程學報,2005,38(1:91298.5錢家歡,殷宗澤.土工計算與原理M .第2版.北京:中國水利水電出版社,2000.6冬趙凱,宋琨.某邊坡失穩(wěn)成因分析J .山西建筑,2007,33(10:1522153.The side

11、 slope construction process and stability analysis in tunnel portal eccentric loading sectionYANG Xiang 2liang XIAO R ongAbstract :The numerical analysis of planed tunnel portal side slope was carried out with Midas/GTS finite element software.The calculation result indicated that side slope stress and displacement were litter and not exceed control standard ,which uneasy to make side slope damage and will not integral slipping under static stress function ,the emergency capacity coefficient