浅埋水工隧道开挖工法对比研究_丁莹.pdf
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1、研究视界科技创新与应用Technology Innovation and Application2023年9期浅埋水工隧道开挖工法对比研究丁莹,冯思超(华北水利水电大学 地球科学与工程学院,郑州 450000)随着我国经济的飞速发展,国家对各基建工程的投入也在不断增长,各大基建工程都在往地质条件复杂的山区发展。为响应国家“十四五”规划,各地启动修建的许多抽水蓄能工程,需要修建许多浅埋水工隧道。水工隧洞承载着引水、输水和排水等重要功能,在实现规划发展目标中扮演着十分重要的角色。然而,当隧道埋深较浅,地表地质条件较差时,隧洞开挖极易发生塌陷、突水等安全事故。对于浅埋隧洞而言,其地表地质条件较差,隧
2、洞围岩自稳能力较弱,开挖极易出现冒顶、涌水等问题。因此,许多专家学者在隧洞开挖变形方面做出了研究。伍良波等1基于 Mohr-Coulomb 准则,采用极限分析法计算浅埋隧道的围岩压力和稳定系数;李生杰等2以高速公路隧道安远隧道为例,根据数值模拟结果和监测数据比对分析得出软岩大变形的特性和发生变形的主要原因;张卫国3对某超浅埋风积砂质新黄土隧道在施工时运用超前小导管进洞技术进行研究,得出超前小导管进洞技术在该类隧道现场施工时各方面的优势极大。袁青等4对富水浅埋软岩隧道软岩大变形机理进行研究,得出大变形是由多种因素耦合形成的,地下水为主要控制因素,并对此提出“内外结合”的主动控制技术。本文以某浅埋
3、水工隧洞工程为例,通过 FLAC3D模拟隧洞开挖过程,对比不同开挖工法下隧洞围岩位移、锚杆应力和喷混位移,选择该工程适合的开挖工法,并第一作者简介:丁莹(1996-),女,硕士研究生。研究方向为岩土工程。摘要:以某浅埋水工隧洞为研究对象,通过 FLAC3D软件建立模型,对该隧洞进行开挖工法比选的数值模拟计算,通过全断面法和三台阶法 2 种开挖工法的数值模拟,其结果从围岩位移、锚杆应力和喷混位移 3 方面进行研究,分析得出,对围岩位移而言,2种工法最大位移均位于拱顶,三台阶法最大位移为 4.78 mm,全断面法最大位移为 3.35 mm;在初期支护锚杆应力方面,对于 2 种不同开挖工法来说,三台
4、阶法开挖使锚杆受力较大,轴向应力最大为 30.2 MPa;而全断面法开挖使锚杆受力较小,轴向应力最大为20.7 MPa。在初期支护喷混位移方面,最大变形位置都为拱顶与侧壁,整体位移上全断面法小于三台阶法,三台阶法最大位移为6.50 mm,全断面法最大位移为 3.84 mm。关键词:浅埋隧洞;开挖工法;数值模拟;比选;结果分析中图分类号:U451文献标志码:A文章编号:2095-2945(2023)09-0073-04Abstract:Taking a shallow hydraulic tunnel as the research object,a model is established b
5、y FLAC3Dsoftware,and thenumerical simulation calculation of excavation method selection of the tunnel is carried out.Through the numerical simulation oftwo excavation methods:full section method and three-step method,the results are studied from three aspects:surrounding rockdisplacement,bolt stress
6、 and spray-mixing displacement.The maximum displacement of the three-step method is 4.78 mm,andthat of the full section method is 3.35 mm.In terms of initial support bolt stress,for two different excavation methods,the three-step excavation makes the bolt bear a larger force,and the maximum axial st
7、ress is 30.2 MPa,while the full section excavationmakes the bolt less stress and the maximum axial stress is 20.7 MPa.In the aspect of initial support shotcreting mixeddisplacement,the maximum deformation position is the vault and sidewall,the overall displacement of the full section method isless t
8、han the three-step method,the maximum displacement of the three-step method is 6.50 mm,and the maximum displacementof the full section method is 3.84 mm.Keywords:shallow tunnel;excavation method;numerical simulation;comparison and selection;result analysisDOI:10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.09.01873-20
9、23年9期研究视界科技创新与应用Technology Innovation and Application岩性围岩类别密度/(gcm?)饱和抗压强度/MPa内摩擦角/黏聚力 c/MPa变形模量 E/GPa泊松比 v全风化角闪片岩V1.85250.010.250.42强风化角闪片岩2.09280.070.30.39弱风化上带角闪片岩2.2552310.252.20.3对其他工程提供一定参考。1计算模型建立1.1工程概况本文以该工程隧洞所穿围岩段为原基础,隧洞宽5.1 m,高 5.835 m,该段埋深约为 1820 m,其围岩主要以角闪片岩为主,隧洞所穿岩层为强风化角闪片岩,其岩体强度弱,节理发育
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