隧道下穿高速公路施工穩(wěn)定性計算

xxx隧道下穿xx高速公路段施工過程數(shù)值計算分析施工穩(wěn)定性分析報告xxxxxxxx局集團有限公司鐵道xxxx設(shè)計院集團有限公司2012年7月目錄HYPERLINK\l"_Toc335655037"1、概述1HYPERLINK\l"_Toc335655038"1.1任務(wù)及模擬軟件1HYPERLINK\l"_Toc335655039"1.2工程概況及施工工法簡介2HYPERLINK\l"_Toc335655040"1.2.1工程概況2HYPERLINK\l"_Toc335655041"施工工法介紹4HYPERLINK\l"_Toc335655042"2、數(shù)值計算模型的建立6HYPERLINK\l"_Toc335655043"2.1計算的基本假設(shè)6HYPERLINK\l"_Toc335655044"2.2模型材料參數(shù)及本構(gòu)關(guān)系6HYPERLINK\l"_Toc335655045"2.3xxx隧道三維計算模型7HYPERLINK\l"_Toc335655046"2.3.1模型的計算范圍7HYPERLINK\l"_Toc335655047"2.3.2模型的網(wǎng)格劃分7HYPERLINK\l"_Toc335655048"2.3.3模型的邊界條件及荷載條件8HYPERLINK\l"_Toc335655049"2.4計算模型中施工階段的劃分9HYPERLINK\l"_Toc335655050"3、數(shù)值計算結(jié)果分析10HYPERLINK\l"_Toc335655051"3.1支護結(jié)構(gòu)安全性分析10HYPERLINK\l"_Toc335655052"第一層初襯內(nèi)力分析12HYPERLINK\l"_Toc335655053"第二層初襯內(nèi)力分析14HYPERLINK\l"_Toc335655054"二襯內(nèi)力分析16HYPERLINK\l"_Toc335655055"隧道中隔壁內(nèi)力分析18HYPERLINK\l"_Toc335655056"3.2洞內(nèi)收斂分析20HYPERLINK\l"_Toc335655057"3.2.1左導(dǎo)洞貫通后洞內(nèi)收斂分析20HYPERLINK\l"_Toc335655058"3.2.2右導(dǎo)洞貫通后洞內(nèi)收斂分析21HYPERLINK\l"_Toc335655059"3.3地層沉降分析24HYPERLINK\l"_Toc335655060"工后模型拱頂沉降分析24HYPERLINK\l"_Toc335655061"工后模型地表沉降分析25HYPERLINK\l"_Toc335655062"3.4開挖過程危險點分析27HYPERLINK\l"_Toc335655063"各分部開挖后地表沉降分析27HYPERLINK\l"_Toc335655064"各分部開挖后拱頂沉降分析30HYPERLINK\l"_Toc335655065"3.5圍巖塑性區(qū)分布31HYPERLINK\l"_Toc335655066"4、結(jié)論321、概述1.1任務(wù)及模擬軟件1．?dāng)?shù)值分析任務(wù)受xxxx局集團有限公司委托，本數(shù)值模擬的主要任務(wù)是分析xxx隧道下穿xx高速公路段在設(shè)計施工方案下施工的穩(wěn)定性，預(yù)測施工中可能出現(xiàn)的問題，主要分析內(nèi)容有：（1）支護結(jié)構(gòu)安全性分析（2）洞內(nèi)收斂分析（3）地層沉降分析（4）開挖過程危險點分析（5）圍巖塑性區(qū)分布2．分析采用的數(shù)值模擬軟件及其簡介數(shù)值模擬軟件采用大型有限元（FEM，F(xiàn)initeElementMethed）分析軟件FLAC3D。FLAC3D(FastLagrangianAnalysisofContinua)是美國明尼蘇達ITASCA軟件公司編制開發(fā)基于連續(xù)介質(zhì)快速拉格朗日法的有限差分分析程序，也是美國咨詢集團公司的軟件核心產(chǎn)品中最知名的軟件系統(tǒng)之一。研究開發(fā)的軟件系統(tǒng)在土木建筑、采礦、交通、水利、地質(zhì)、核廢料處理、石油及環(huán)境工程等領(lǐng)域能得到通用。該程序的基本法與離散元相似，但它應(yīng)用了結(jié)點位移連續(xù)的條件，可以對連續(xù)介質(zhì)進行大變形時FLAC3D軟件又可以對地下水產(chǎn)生的滲流場進行模擬計算，可以實現(xiàn)水土相互耦合分析。FLAC3D中的非線性運算不僅可以考慮土體的失水固結(jié)、土體本身的壓縮性，而且能夠考慮到不同的施工方法、考慮不同斷面形式、不同的支護形式與不同支護參數(shù)對地表沉降的影響及隧道施工引起的地層損失的影響，是研究隧道開挖非常實用的工具。FLAC3D采用了“顯式”有限差分格式來求解場的控制微分方程，并應(yīng)用了混合離散模型，可以準(zhǔn)確地模擬材料的塑性破壞、塑性流動、軟化直至大變形，尤其在材料的彈塑性分析、大變形分析以及模擬施工過程等領(lǐng)域有其獨到的優(yōu)點。FLAC3D中為巖土工程問題的求解開發(fā)了特有的本構(gòu)模型，總共包含了10種材料模型：開挖模型null；3個彈性模型（各向同性、橫觀各項同性和正交各向同性彈性模型）；6個塑形模型（Drucker-Prager模型、Morh-Coulomb模型、應(yīng)變硬化/軟化模型、遍布節(jié)理模型、雙線性應(yīng)變硬化/軟化遍布節(jié)理模型和修正的cam粘土模型）。FLAC3D還可以模擬多種結(jié)構(gòu)形式，如巖體、土體或其他材料實體，梁(Beal)、錨(cable)、樁(Pile)、殼(Shell)以及人工結(jié)構(gòu)如支護、襯砌、錨索、土工織物、摩擦樁、板樁等。另外，F(xiàn)LAC3D設(shè)有界面單元(Interfaces)，可以模擬節(jié)理、斷層或虛擬的物理邊界等。FLAC3D不足之處是要比相應(yīng)的有限元方法花費更多的計算時間，求解時間受網(wǎng)格尺寸影響很大；FLAC3D的收斂速度取決于系統(tǒng)的最大固有周期與最小固有周期的比值，從而使得它對某些問題的模擬效率非常低；前處理功能較弱，獨特的FISH語言制約了推廣。1.2工程概況及施工工法簡介1.2.1工程概況xxx隧道在DK77+660～DK77+760下穿xx高速公路，全長100m。DK77+660～DK77+760段為3.0‰的上坡，與公路交角60°，公路寬度約40m，隧道與公路中心相交里程為DK77+709.63。隧道開挖頂面到路面的距離為13.2m，圍巖為Ⅴ級，工程地質(zhì)為水平層理薄層狀頁巖、強風(fēng)化、巖體破碎，節(jié)理發(fā)育、巖體條件差，極易發(fā)生坍塌甚至冒頂。富含基巖裂隙水，地表有山間溪水，基巖裂隙有與地表連通的可能，且受季節(jié)降水影響較大。下穿高速公路示意圖如圖1-1：圖1-1xxx隧道下穿xx高速公路平面示意圖DK77+660～DK77+760段100米采用xxx下穿高速公路襯砌斷面圖，斷面尺寸為15m×13m，如圖1-2；施工方法為雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，施工工序如圖1-3所示。圖1-2下穿高速公路段Ⅴ級加強襯砌斷面圖1-3雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工工序圖1.2.2施工工法介紹1、雙側(cè)壁導(dǎo)洞法簡介雙側(cè)壁導(dǎo)洞法，又稱眼鏡法。該工法將隧道劃分成4大部分，是先開挖一側(cè)導(dǎo)洞，間隔一定距離后再開挖另一側(cè)導(dǎo)洞，然后開挖上部核心土，間隔一定距離后再開挖下臺階的施工工法。雙側(cè)壁導(dǎo)洞法屬于新奧法的一個分支，以新奧法基本原理為依據(jù)。其基本思想是通過設(shè)置臨時仰拱和中隔壁把地下大空間開挖分解成若干個小空間的開挖，不僅可以減小單次開挖斷面的面積，同時也提高了初期支護的總體剛度和承載力，從而在開挖期間改善圍巖的應(yīng)力場，減小因開挖形成的塌落拱的高度，有效地提高開挖期間圍巖的穩(wěn)定性。2、雙側(cè)壁導(dǎo)洞法施工歩序第一步第二步第三步第四步第五步第六步第七步第八步第九步第十步圖1-4雙側(cè)壁導(dǎo)洞法施工歩序圖1）施做拱部大管棚超前支護，大管棚從兩邊往中間打設(shè)。2）掌子面φ25纖維錨桿預(yù)加固。3）開挖雙側(cè)壁導(dǎo)坑左側(cè)上臺階土體，及時施做初期支護、加強支護和臨時支護、打設(shè)鎖腳錨管并架設(shè)橫撐，施做導(dǎo)坑上臺階臨時支護側(cè)壁φ42超前小導(dǎo)管。4）開挖雙側(cè)壁導(dǎo)坑左側(cè)下臺階土體，及時施做初期支護、加強支護和臨時支護、打設(shè)鎖腳錨管，要求鋼架盡快封閉成環(huán)。5）開挖雙側(cè)壁導(dǎo)坑右側(cè)上臺階土體，及時施做初期支護、加強支護和臨時支護、打設(shè)鎖腳錨管并架設(shè)橫撐，施做導(dǎo)坑上臺階臨時支護側(cè)壁φ42超前小導(dǎo)管。6）開挖雙側(cè)壁導(dǎo)坑右側(cè)下臺階土體，及時施做初期支護、加強支護和臨時支護、打設(shè)鎖腳錨管，要求鋼架盡快封閉成環(huán)。7）開挖中間導(dǎo)坑及仰拱土體，并施做中心深埋水溝及時施做第一層初期支護，并封閉成環(huán)。8）施做第二層全環(huán)初期支護，并施做二次襯砌仰拱、矮邊墻和部分仰拱填充。9）第二層初支封閉達到設(shè)計強度后，拆除臨時中壁。10）施做防排水、拱墻二次襯砌、仰拱填充、軌道墊層及水溝電纜槽。2、數(shù)值計算模型的建立2.1計算的基本假設(shè)模型采用連續(xù)介質(zhì)有限元法分析風(fēng)化類巖石中開挖鐵路隧道，巖石的裂隙與節(jié)理對巖石本身力學(xué)性能的影響通過折減力學(xué)參數(shù)的方法來調(diào)整，模型假定如下：1）同一層巖體是連續(xù)、均勻的，而且各向同性體，將巖體簡化成理想的彈塑性體，隧道襯砌假定為線性彈性體。2）隧道開挖過程中不考慮時間因素的影響。3）隧道開挖時堵水止水已完成，不單獨考慮地下水的影響。4）不同地層材料之間不設(shè)置接觸面參數(shù)，兩者不存在相對滑移，且兩者位移協(xié)調(diào)。5）考慮噴射混凝土的粘結(jié)作用，計算中不考慮隧道初襯與巖體的脫離現(xiàn)象，認為它們始終是協(xié)調(diào)變形的。6）初始應(yīng)力場只考慮自重應(yīng)力。2.2模型材料參數(shù)及本構(gòu)關(guān)系xxx隧道下穿高速公路區(qū)域圍巖為Ⅴ級，工程地質(zhì)為頁巖、強風(fēng)化、巖體破碎，節(jié)理發(fā)育、巖體條件差，計算中采用摩爾—庫倫（Mohr-Coumb）破壞準(zhǔn)則。在計算模型中，第第一層初襯襯及二襯等等采用soliid單元模擬擬，第二層層初襯及臨臨時鋼架支支護等采用用shelll單元模擬擬，鎖腳錨錨管采用cablle單元模擬擬，計算中中采用提高高局部圍巖巖力學(xué)參數(shù)數(shù)的方法模模擬大管棚棚超前支護護以及小導(dǎo)導(dǎo)管注漿的的加固效果果。巖體基本質(zhì)量等等級為V級，遇水水以后強度度下降非常常大，在荷荷載作用下下，巖體會會發(fā)生更大大的變形，強強度也會大大幅度降低低?？紤]實實際工程有有許多不確確定的因素素，參考工工程的經(jīng)驗驗值，在計計算模型中中，對圍巖巖的彈性模模量作了適適當(dāng)?shù)恼蹨p減，同時其其粘聚力C和摩擦角角φ也做適當(dāng)當(dāng)折減。對對于初期噴噴射混凝土土（初襯），考考慮時間效效應(yīng)，將其其彈模適當(dāng)當(dāng)折減。另另外模型中中地表簡化化為水平。根據(jù)實際環(huán)境的的影響，結(jié)結(jié)合相關(guān)的的參數(shù)折減減理論，計計算得到模模型中各種種材料計算算參數(shù)見表表2-1。表2-1模型采采用參數(shù)取取值表E(MPa)μγ(KN/m3)K(MPa)G(MPa)C(MPa)φ（°）強分化板巖5×1020.33204.17×10021.92×10020.0620中風(fēng)化板巖1×1030.3229.8×10223.76×10020.125大管棚加固圈5×1030.3234.17×10031.92×10030.329型鋼混凝土初襯襯1×1040.25256.7×10334×103格柵混凝土初襯襯2.5×10440.2251.39×10041.04×1004二襯3×1040.2251.67×10041.25×1004小導(dǎo)管加固圈1.5×10330.25221×1036.0×1022鎖腳錨管2.1×10550.26781.46×10058.33×1004型鋼砼臨時支撐撐2.5×10440.2251.39×10041.04×10042.3xxxx隧道三維維計算模型型2.3.1模模型的計算算范圍有限元模型計算算范圍在水水平方向取取3-5倍的車站站主體隧道道跨度，向向上取至地地表。根據(jù)據(jù)xxx地質(zhì)質(zhì)條件，模模型在水平平方向取3倍隧道跨跨度，水平平方向計算算寬度約為為105m；在豎直直方向，從從隧道底部部開始向下下取2倍洞徑，豎豎直方向計計算深度約約為64m；縱向計計算長度取取50m。2.3.2模模型的網(wǎng)格格劃分由于FLAC3D的的前處理功功能的缺點點，建立模模型較復(fù)雜雜，鑒于此此，在ANSYYS11..0中新添加加了土木工工程模塊（隧隧道、橋梁梁、混凝土土模塊）中中FLACC3D命令可以以將ANSYYS的模型轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化成FLACC3D的模型，所所以本文采采用這個模模塊的優(yōu)點點，巖石層層與隧道模模型在ANSYYS中建模完完成，并劃劃分網(wǎng)格。其其計算模型型圖和網(wǎng)格格圖分別如如圖2-1、2-2所示示。(a)整體計算算模型((b)隧道計算算模型圖2-1計算模型型(a)ANSYYS中計算模模型網(wǎng)格(b)FLACC3D中計算模模型圖2-2雙側(cè)壁導(dǎo)導(dǎo)洞法計算算模型網(wǎng)格格圖2.3.3模模型的邊界界條件及荷荷載條件該模型側(cè)面和底底面采用位位移邊界條條件，上部部地表為自自由邊界，沿X軸和Z軸方向的四個側(cè)面約束模型的水平方向位移，底邊界約束模型的豎向位移。初始應(yīng)力場按自重應(yīng)力場考慮?；究勺兒奢d主要為地面超載，交通荷載，施工荷載和設(shè)備荷載，考慮xxx隧道上方為xx高速公路，計入隧道上方交通荷載的影響，模型中按均布荷載50kN/m2考慮。計算簡化力學(xué)模模型如圖2-3所示。圖2-3計算簡化化力學(xué)模型型（尺寸單單位：m）2.4計算模模型中施工工階段的劃劃分根據(jù)設(shè)計采用的的施工工序序，xxxx隧道采用用雙側(cè)壁導(dǎo)導(dǎo)洞法施工工。參考設(shè)計資料，根根據(jù)施工單單位要求，并并考慮實際際施工的經(jīng)經(jīng)驗性，在在計算模型型中，施工工階段可總總結(jié)如下：：1）開挖左側(cè)導(dǎo)洞洞上下臺階階，每步開開挖進尺取取1m，上下下臺階掌子子面錯開33m；2）根據(jù)施工圖雙雙側(cè)壁導(dǎo)坑坑法設(shè)計圖圖（二）（xx客專階施隧15-21-02），可知①與③導(dǎo)洞掌子面至少間隔8m，所以當(dāng)①部開挖至-10m，即①與③間隔10m時，開始開挖右側(cè)導(dǎo)洞上下臺階，每步開挖進尺取1m，上下臺階掌子面錯開3m；3）開挖中導(dǎo)洞上上臺階即⑤部，每步步開挖進尺尺取1m，⑤與④掌子面錯錯開30mm；其余3個臺階，即即⑥⑦⑧部，每步步開挖進尺尺取1m；4）中導(dǎo)洞開挖后后，及時施施做第二層層初期支護護，封閉成成環(huán)，并同同步施做仰仰拱。5）分部拆除中隔隔壁臨時支支撐，施做做二襯。3、數(shù)值計算結(jié)果果分析3.1支護結(jié)構(gòu)構(gòu)安全性分分析地下結(jié)構(gòu)應(yīng)就其其施工和正正常使用階階段，進行行結(jié)構(gòu)強度度的計算，必必要時也應(yīng)應(yīng)進行剛度度和穩(wěn)定性性計算。地地下結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計中，應(yīng)應(yīng)根據(jù)施工工方法、結(jié)結(jié)構(gòu)或者構(gòu)構(gòu)件類型、使使用條件及及荷載特性性等，選用用與其特點點相近的結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)規(guī)范和設(shè)計計方法，結(jié)結(jié)合施工監(jiān)監(jiān)測逐步實實現(xiàn)信息化化設(shè)計?！惰F鐵路隧道設(shè)設(shè)計規(guī)范》TB10003-2005中規(guī)定了按概率極限狀態(tài)法設(shè)計的材料性能，應(yīng)用于隧道施工中不同等級混凝土的強度設(shè)計值，如下表所示。表3-1混凝土強強度設(shè)計值值（MPa）強度種類符號混凝土強度等級級C15C20C25C30C40C50軸心受壓fck7.510.012.515.020.025.0彎曲抗壓fcmk8.51113.516.521.527.5軸心抗拉ftk0.931.131.331.471.802.07表3-2噴射混凝凝土強度設(shè)設(shè)計值（MPa）噴射混凝土強度等級強度種類C20C25C30軸心抗壓10.012.515.0彎曲抗壓11.013.516.5抗拉1.11.31.5表3-3鋼筋抗拉拉和抗壓強強度標(biāo)準(zhǔn)值值與設(shè)計值值（MPa）鋼筋種類HPB235((Q2355)HRB335((20MnnSi)抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值值235335(d=88~25mmm)335(d=228~400)抗拉強度和抗壓壓強度設(shè)計計值188268注：表中d為鋼鋼筋直徑《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計規(guī)范》GB50010-2002規(guī)定包括受彎構(gòu)件在內(nèi)的各種混凝土構(gòu)件的正截面承載力應(yīng)按下列四個基本假定進行計算：1截面應(yīng)變保持平平面；2不考慮混凝土的的抗拉強度度；3混凝土受壓的應(yīng)應(yīng)力與壓應(yīng)應(yīng)變關(guān)系曲曲線應(yīng)按下下列規(guī)定取取用：公式中參數(shù)n、、的取值如如下，為混混凝土立方方體抗壓強強度標(biāo)準(zhǔn)值值。4縱向鋼筋的應(yīng)力力——應(yīng)變關(guān)系系方程為混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計計規(guī)范中規(guī)規(guī)定，縱向向鋼筋的極極限拉應(yīng)變變?yōu)?.01。對于正正截面非均均勻受壓時時的混凝土土，極限壓壓應(yīng)變的取取值最大不不超過0.00033。規(guī)定極極限壓應(yīng)變變值，實際際上給定了了混凝土單單軸受壓情情況的破壞壞準(zhǔn)則。對對于混凝土土各強度等等級，按照照式中的計計算結(jié)果規(guī)規(guī)范建議對對于等級小小于C50的混凝土n取2；取0.0002；取0.00033。根據(jù)材料力學(xué)中中強度理論論可知，對對于石料或或混凝土等等脆性材料料受軸向壓壓縮時，材材料將沿垂垂直于壓力力方向開裂裂。按照第第二強度理理論，如在在受壓試塊塊的壓力的的垂直方向向再加壓力力，使其成成為二向受受壓，其強強度應(yīng)與單單向受壓不不同，但混混凝土、花花崗巖和砂砂巖的試驗驗資料表明明，兩種情情況的強度度并無明顯顯差別，所所以對于隧隧道支護材材料，采用用單軸抗壓壓強度來判判定是可以以的。文中中將采用規(guī)規(guī)范中規(guī)定定的混凝土土單軸抗壓壓強度設(shè)計計值來判定定支護材料料的受壓安安全性。3.1.1第一一層初襯內(nèi)內(nèi)力分析圖3-1第一層層初期支護護模型圖3-2第一層層初期支護護最小主應(yīng)應(yīng)力圖3-3第一層層初期支護護最大主應(yīng)應(yīng)力從第一層初期支支護的主應(yīng)應(yīng)力云圖3-2、3-3可知，第第一層初襯襯所受最大大壓應(yīng)力4.377MPa；在拱墻墻部位，所所受壓應(yīng)力力均勻，約約3.5MMPa。查規(guī)范范可知對于于彎曲抗壓壓的C25噴射混凝凝土，其抗抗壓強度為為13.55MPa，所以第第一層初襯襯受壓區(qū)相相對安全。第第一層初襯襯所受最大大拉應(yīng)力為為0.755MPa，根據(jù)數(shù)數(shù)值模擬的的參數(shù)取值值（第一層層初襯彈模模Pa，第二層層初襯彈模模Pa，二襯彈彈模Pa，中隔壁壁彈模Pa，下同理理）第二層層初襯受拉拉區(qū)的最大大拉應(yīng)變?yōu)闉椋骸?yīng)鋼鋼拱架的應(yīng)應(yīng)力為，在在彈性范圍圍內(nèi)。滿足足設(shè)計要求求。在與臨臨時支撐搭搭接處以及及拱腳處，出出現(xiàn)了應(yīng)力力集中，雖雖然應(yīng)力值值在合理范范圍內(nèi)，但但施工中必必須注意應(yīng)應(yīng)力集中部部位，嚴格格按照設(shè)計計進行施工工。3.1.2第二二層初襯內(nèi)內(nèi)力分析圖3-4第二層層初期支護護模型圖3-5第二層層初期支護護最小主應(yīng)應(yīng)力圖3-6第二層層初期支護護最大主應(yīng)應(yīng)力從第二層初期支支護的主應(yīng)應(yīng)力云圖3-5、3-6可知，第第二層初襯襯所受最大大壓應(yīng)力為為0.566MPa，查規(guī)范范可知對于于彎曲抗壓壓的C25噴射混凝凝土，其抗抗壓強度為為13.55MPa，所以第第二層初襯襯受壓區(qū)相相對安全，滿滿足設(shè)計要要求。第二二層初襯所所受最大拉拉應(yīng)力為0.788MPa，。對應(yīng)工工字型鋼的的應(yīng)力為，在在彈性范圍圍內(nèi)，滿足足設(shè)計要求求。二襯襯內(nèi)力分析析圖3-7二襯支支護模型圖3-8二襯最最大主應(yīng)力力圖3-9二襯最最小主應(yīng)力力從二襯的主應(yīng)力力云圖3-8和圖3-9可知，二二襯所受最最大壓應(yīng)力力為1.400MPa，查規(guī)范范可知對于于彎曲抗壓壓的C35模筑混凝凝土，在彎彎壓狀態(tài)下下，其抗壓壓強度設(shè)計計值為23.55MPa，遠大于于二襯計算算的最大壓壓應(yīng)力1.400MPa，滿足設(shè)設(shè)計要求。二二襯所受最最大拉應(yīng)力力為0.522MPa，根據(jù)數(shù)數(shù)值模擬的的參數(shù)取值值，二襯最最大拉應(yīng)變變?yōu)椋?。對對?yīng)鋼筋的的應(yīng)力為。即即二襯的最最大拉應(yīng)變變小于混凝凝土結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計規(guī)范中中規(guī)定的鋼鋼筋的極限限拉應(yīng)變，且且應(yīng)力在彈彈性范圍內(nèi)內(nèi)，只要合合理配置配配筋可滿足足要求。3.1.4隧道道中隔壁內(nèi)內(nèi)力分析圖3-10隧道道臨時中隔隔壁模型圖3-11隧道道中隔壁最最大主應(yīng)力力圖3-12隧道道中隔壁最最小主應(yīng)力力從中隔壁的主應(yīng)應(yīng)力云圖3-11、3-12可知，隧隧道中隔壁壁絕大部分分區(qū)域均是是受壓區(qū)域域，最大拉拉應(yīng)力接近近與0；但是，隧隧道中隔壁壁所受最大大壓應(yīng)力49.22MPa，應(yīng)力集集中出現(xiàn)在在左導(dǎo)洞橫橫向臨時支支撐與下側(cè)側(cè)臨時支撐撐連接處，查查規(guī)范可知知對于彎曲曲抗壓的C25噴射混凝凝土，其抗抗壓強度為為13.55MPa，超出噴噴射混凝土土抗壓強度度，雖然滿滿足型鋼極極限抗壓強強度要求，但但是可能出出現(xiàn)混凝土土壓碎，所所以必須嚴嚴格控制上上下臺階掌掌子面間距距，及時施施做初期支支護，并且且對該區(qū)域域加強監(jiān)測測。3.2洞內(nèi)收斂斂分析根據(jù)鐵道xxxxx設(shè)計院院集團有限限公司提供供的《新建建鐵路沈陽陽至丹東鐵鐵路客運專專線——施工圖》，要要求對隧道道洞內(nèi)水平平收斂進行行監(jiān)測，故故本報告分分析了各特特征階段洞洞內(nèi)水平收收斂。根據(jù)據(jù)設(shè)計文件件相關(guān)說明明，在數(shù)值值模擬中，研研究了11個斷面，每每個斷面各各13個點，斷斷面點布置置如圖3-13所示。圖3-13洞內(nèi)內(nèi)斷面點布布置圖3.2.1左左導(dǎo)洞貫通通后洞內(nèi)收收斂分析圖3-14①導(dǎo)導(dǎo)坑水平收收斂圖從①號導(dǎo)坑水平收斂斂圖3-14可以看出出，在左導(dǎo)導(dǎo)洞貫通后后，①號導(dǎo)坑水水平收斂累累計值最大大處發(fā)生在在進洞端，僅僅為0.855mm，遠小于于設(shè)計文件件中規(guī)定的的變形量警警戒值12mm，滿足施施工控制要要求。圖3-15②導(dǎo)導(dǎo)坑水平收收斂圖從②號導(dǎo)坑水平收斂斂圖3-15可以看出出，在左導(dǎo)導(dǎo)洞貫通后后，②號導(dǎo)坑水水平收斂累累計值最大大處發(fā)生在在出洞端，僅僅為1.3mmm，遠小于于設(shè)計文件件中規(guī)定的的變形量警警戒值12mm，滿足施施工控制要要求。3.2.2右右導(dǎo)洞貫通通后洞內(nèi)收收斂分析圖3-16①導(dǎo)導(dǎo)坑水平收收斂圖從①號導(dǎo)坑水平收斂斂圖3-16可以看出出，在右導(dǎo)導(dǎo)洞貫通后后，①號導(dǎo)坑水水平收斂累累計值最大大處發(fā)生在在進洞端，僅僅為0.988mm，遠小于于設(shè)計文件件中規(guī)定的的變形量警警戒值12mm，滿足施施工控制要要求。圖3-17②導(dǎo)導(dǎo)坑水平收收斂圖從②號導(dǎo)坑水平收斂斂圖3-17可以看出出，在右導(dǎo)導(dǎo)洞貫通后后②號導(dǎo)坑水水平收斂累累計值最大大處發(fā)生在在出洞端，僅僅為1.0mmm，遠小于于設(shè)計文件件中規(guī)定的的變形量警警戒值12mm，滿足施施工控制要要求。圖3-18③導(dǎo)導(dǎo)坑水平收收斂圖從③號導(dǎo)坑水平收斂斂圖3-18可以看出出，在右導(dǎo)導(dǎo)洞貫通后后③號導(dǎo)坑水水平收斂累累計值最大大處發(fā)生在在進洞端，僅僅為1.0mmm，遠小于于設(shè)計文件件中規(guī)定的的變形量警警戒值12mm，滿足施施工控制要要求。圖3-19④導(dǎo)導(dǎo)坑水平收收斂圖從④號導(dǎo)坑水平收斂斂圖3-19可以看出出，在右導(dǎo)導(dǎo)洞貫通后后④號導(dǎo)坑水水平收斂累累計值最大大處發(fā)生在在進出洞兩兩端，僅為為1.055mm，遠小于于設(shè)計文件件中規(guī)定的的洞內(nèi)變形形量警戒值值12mm，滿足施施工控制要要求。3.3地層沉降降分析3.3.1工后后模型拱頂頂沉降分析析圖3-20風(fēng)道道縱斷面位位移云圖圖3-21工后后拱頂沉降降曲線圖圖3-20為X==0m位置剖面面圖，從該該縱斷面沉沉降云圖以以及工后拱拱頂沉降曲曲線圖3-21可知，模模型最大沉沉降發(fā)生在在中導(dǎo)洞拱拱頂處，約約為8.377mm，底板拱拱起約3.611mm，遠小于于設(shè)計文件件中規(guī)定的的洞內(nèi)變形形量警戒值值15mm，滿足施施工控制要要求。3.3.2工后后模型地表表沉降分析析圖3-22工后后模型整體體沉降云圖圖表3-4工后模模型地表各各斷面沉降降值距距離（m）斷面-30-27-24-21-18-15-120.5m斷面-1.507-1.507-1.827-2.081-2.381-3.33-4.22515m斷面-1.507-1.507-1.829-2.084-2.384-3.336-4.23225m斷面-1.509-1.509-1.832-2.088-2.388-3.341-4.23835m斷面-1.511-1.511-1.834-2.092-2.392-3.343-4.23749.5斷面-1.512-1.512-1.835-2.092-2.392-3.339-4.226續(xù)表3-4工后模模型地表各各斷面沉降降值距距離（m）斷面-9-6-303690.5m斷面-4.678-5.118-5.437-5.534-5.371-5.002-4.53815m斷面-4.688-5.131-5.453-5.55-5.383-5.009-4.5425m斷面-4.694-5.135-5.455-5.551-5.384-5.01-4.54135m斷面-4.688-5.124-5.439-5.533-5.368-4.999-4.53549.5斷面-4.67-5.097-5.404-5.495-5.333-4.971-4.516續(xù)表3-4工后模模型地表各各斷面沉降降值距距離（m）斷面121518212427300.5m斷面-4.083-3.203-2.287-1.987-1.765-1.469-1.46915m斷面-4.081-3.199-2.284-1.984-1.762-1.466-1.46625m斷面-4.082-3.2-2.284-1.984-1.763-1.466-1.46635m斷面-4.079-3.2-2.285-1.985-1.763-1.466-1.46649.5斷面-4.068-3.194-2.285-1.985-1.763-1.466-1.466圖3-23工后后地表沉降降槽從工后模型的沉沉降云圖3-22以及從工工后地表沉沉降槽3-233可知，隧隧道上方地地表沉降最最大值為5.500mm，發(fā)生在在隧道中心心線正上方方，沉降值值從隧道中中心線上方方向兩側(cè)遞遞減。最大大沉降值小小于設(shè)計文文件中規(guī)定定的地表沉沉降警戒值值12.55mm，滿足施施工控制要要求。3.4開挖過程程危險點分分析為分析在隧道開開挖過程中中，按設(shè)計計文件進行行分部開挖挖時的危險險步驟，預(yù)預(yù)測施工進進程中可能能出現(xiàn)危險險的位置及及時間，本本報告分析析了各部分分開挖后的的地表沉降降以及拱頂頂沉降。3.4.1各分分部開挖后后地表沉降降分析根據(jù)設(shè)計文件，將將隧道分成成8個小導(dǎo)洞洞分別開挖挖，開挖過過程中各部部分開挖后后的位移云云圖如下圖圖3-24所示。①導(dǎo)洞開挖②導(dǎo)洞開挖③導(dǎo)洞開挖④導(dǎo)洞開挖⑤導(dǎo)洞開挖⑥導(dǎo)洞開挖⑦導(dǎo)洞開挖⑧導(dǎo)洞開挖臨時支撐拆除圖3-24各分分部開挖位位移云圖在開挖過程數(shù)值值模擬時，于于模型中設(shè)設(shè)置地表沉沉降監(jiān)測點點，地表沉沉降監(jiān)控斷斷面共5個，分別別是沿隧道道方向距離離為0.5m，15m，25m，35m，49.55m；每斷面面共設(shè)21個監(jiān)控點點，從隧道道中心開始始沿橫向每每3m設(shè)置一個個監(jiān)測點，監(jiān)監(jiān)控范圍為為60m，每側(cè)各30m；取地表表沉降特征征斷面，即即沿隧道方方向25m斷面，并并將開挖過過程中各部部分開挖后后地表監(jiān)控控點的沉降降值列于下下表3-5。表3-5分部開開挖每步開開挖后地表表沉降分布布點沉降值值距距離（m）開挖步-30-27-24-21-18-15-121導(dǎo)坑開挖-0.281-0.476-0.563-0.72-0.791-0.918-1.0062導(dǎo)坑開挖-0.306-0.48-0.555-0.687-0.745-0.845-0.9113導(dǎo)坑開挖-0.285-0.463-0.543-0.687-0.754-0.879-0.9764導(dǎo)坑開挖-0.272-0.437-0.51-0.638-0.696-0.804-0.8845導(dǎo)坑開挖-0.175-0.368-0.47-0.707-0.854-1.237-1.6636導(dǎo)坑開挖-0.265-0.513-0.651-0.981-1.183-1.68-2.1827導(dǎo)坑開挖-0.428-0.744-0.928-1.376-1.65-2.315-2.9618導(dǎo)坑開挖-0.309-0.605-0.779-1.209-1.477-2.131-2.773拆除臨時支撐-0.457-0.858-1.091-1.654-1.993-2.803-3.576續(xù)表3-5分部開開挖每步開開挖后地表表監(jiān)控點沉沉降值距距離（m）開挖步-9-6-303691導(dǎo)坑開挖-1.073-1.098-1.13-1.136-1.119-1.083-1.0582導(dǎo)坑開挖-0.961-0.98-1.007-1.019-1.017-1.001-0.9883導(dǎo)坑開挖-1.067-1.109-1.182-1.228-1.237-1.202-1.174導(dǎo)坑開挖-0.957-0.991-1.049-1.085-1.089-1.056-1.0285導(dǎo)坑開挖-2.175-2.438-2.883-3.072-2.915-2.491-2.2326導(dǎo)坑開挖-2.732-2.997-3.424-3.598-3.451-3.043-2.7827導(dǎo)坑開挖-3.636-3.949-4.436-4.622-4.446-3.964-3.6528導(dǎo)坑開挖-3.447-3.76-4.248-4.434-4.255-3.771-3.458拆除臨時支撐-4.37-4.736-5.299-5.509-5.309-4.75-4.385續(xù)表3-5分部開開挖每步開開挖后地表表沉降分布布點沉降值值距離（m）開挖步121518212427301導(dǎo)坑開挖-0.995-0.915-0.795-0.726-0.572-0.485-0.292導(dǎo)坑開挖-0.949-0.892-0.797-0.739-0.604-0.525-0.343導(dǎo)坑開挖-1.083-0.978-0.836-0.761-0.604-0.519-0.3324導(dǎo)坑開挖-0.953-0.862-0.738-0.673-0.535-0.46-0.2925導(dǎo)坑開挖-1.721-1.286-0.89-0.737-0.49-0.384-0.1866導(dǎo)坑開挖-2.234-1.724-1.215-1.008-0.668-0.527-0.2747導(dǎo)坑開挖-2.976-2.325-1.655-1.378-0.927-0.743-0.4278導(dǎo)坑開挖-2.781-2.134-1.474-1.205-0.773-0.599-0.303拆除臨時支撐-3.589-2.812-1.996-1.654-1.088-0.854-0.453圖3-25分部開開挖每步開開挖后地表表25m斷面沉降降槽從表3-5以及位移移云圖3-24、地表沉沉降槽3-25可以看出出，開挖左左右導(dǎo)洞，即①②③④導(dǎo)坑開挖時，地表沉降均勻，各步之間沒有突變；當(dāng)開始開挖中導(dǎo)洞時，地表沉降突變明顯，當(dāng)⑤導(dǎo)坑開挖時，最大沉降值達到3mm，約增大200%；當(dāng)⑥導(dǎo)洞開挖時，沉降值變化約0.6mm，當(dāng)⑦導(dǎo)洞開挖時，沉降變化約1mm；同時，當(dāng)臨時支撐拆除后，沉降值增加約1mm。雖然沉降累計值在警戒值之內(nèi)，但是中導(dǎo)洞開挖，特別是⑤導(dǎo)坑，中間核心土⑥⑦導(dǎo)坑以及臨時支撐拆除這幾個過程，地表沉降突變明顯，在施工過程中應(yīng)注意其突變，必須嚴格按照施工圖施工，并及時噴射混凝土、施做初期支護，提高監(jiān)測頻率。3.4.2各分分部開挖后后拱頂沉降降分析在開挖過程數(shù)值值模擬時，根根據(jù)設(shè)計文文件以及監(jiān)監(jiān)測方案，于于模型中設(shè)設(shè)置拱頂沉沉降監(jiān)測點點，拱頂沉沉降監(jiān)測斷斷面共10個，分別別是沿隧道道方向間隔隔距離為5m；每斷面面共設(shè)3個監(jiān)測點點，即左導(dǎo)導(dǎo)洞拱頂沉沉降監(jiān)測點點，中導(dǎo)洞洞拱頂沉降降監(jiān)測點，右右導(dǎo)洞拱頂頂沉降監(jiān)測測點；將開開挖過程中中各部分開開挖后拱頂頂沉降監(jiān)測測點的沉降降值列于下下表3-6。表3-6分部開開挖每步開開挖后拱頂頂沉降監(jiān)測測點沉降值值開挖步部位1導(dǎo)坑2導(dǎo)坑3導(dǎo)坑4導(dǎo)坑5導(dǎo)坑6導(dǎo)坑7導(dǎo)坑8導(dǎo)坑拆撐左導(dǎo)洞拱頂沉降降-2.729-2.559-2.622-2.495-3.365-4.552-5.928-5.755-7.03右導(dǎo)洞拱頂沉降降-2.658-2.567-2.918-2.81-3.641-4.808-6.115-5.853-7.13中導(dǎo)洞拱頂沉降降-3.074-2.943-3.263-3.206-6.839-7.222-8.299-8.051-9.451圖3-26分部部開挖每步步開挖后各各導(dǎo)洞拱頂頂沉降從表3-6以及各導(dǎo)導(dǎo)洞拱頂沉沉降圖3-26可以看出出，開挖左左右導(dǎo)洞，即①②③④導(dǎo)坑開挖時，拱頂沉降均勻，各步之間沒有突變；當(dāng)開始開挖中導(dǎo)洞時，地表沉降突變明顯，當(dāng)⑤導(dǎo)坑開挖時，中導(dǎo)洞拱頂沉降值達到6.8mm，約增大225%；當(dāng)⑥⑦導(dǎo)洞開挖時，沉降變化約1.5mm；同時，當(dāng)臨時支撐拆除后，沉降值增加約1.6mm。雖然沉降累計值在警戒值之內(nèi)，但是中導(dǎo)洞開挖，特別是⑤導(dǎo)坑，中間核心土⑥⑦導(dǎo)坑以及臨時支撐拆除這幾個過程，地表沉降突變明顯，在施工過程中應(yīng)注意其突變，必須嚴格按照施工圖施工，并及時噴射混凝土，施做初期支護，提高監(jiān)測頻率。3.5圍巖塑性性區(qū)分布通過數(shù)值分析，可可以得出隧隧道開挖過過程中圍巖巖的塑性分分布，從分分布圖中可可知，隧道道結(jié)構(gòu)拱腳腳位置以及及開挖掌子子面圍巖出出現(xiàn)塑性區(qū)區(qū)域，如果果噴射混凝凝土封閉不不及時，初初期支護結(jié)結(jié)構(gòu)施加不不及時，或或者超前注注漿不均勻勻，可能導(dǎo)導(dǎo)致掌子面面風(fēng)化巖石石脫落以及及拱腳風(fēng)化化巖石拱起起，阻礙施施工的進度度安排。下下圖3-27、3-28分別為隧隧道開挖過過程中圍巖巖的塑形區(qū)區(qū)分布。圖3-27工后巖巖體剪切破破壞產(chǎn)生的的塑性區(qū)分分布圖3-28施工過過程中巖體體受拉、受受壓屈服產(chǎn)產(chǎn)生的塑性性區(qū)分布4、結(jié)論xxx隧道下穿穿高速公路路段施工過過程三維數(shù)數(shù)值模擬嚴嚴格按照設(shè)設(shè)計文件進進行，計算算參數(shù)根據(jù)據(jù)相應(yīng)規(guī)范范選取，參參考工