浅埋隧道悬臂掘进机施工工艺研究.pdf
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1、方法创新科技创新与应用Technology Innovation and Application2023 年 25 期浅埋隧道悬臂掘进机施工工艺研究马智理1,佘婷婷2*(1.贵阳人文科技学院,贵阳 550025;2.贵州大学,贵阳 550025)随着社会不断地发展,地铁在一个城市的发展起到至关重要的作用。新建地铁隧道下穿既有道路、建筑、河流等逐渐增多。隧道施工对既有建筑影响较大,尤其是浅埋隧道1。新建隧道与既有建筑相互作用与影响,导致不同情形下的施工对围岩的扰动、地表沉降有着明显的差异。近年来学者分别运用数值模拟和物理模型试验和工程实际总结等对浅埋隧道施工进行了不同程度的研究2。结果表明,针对
2、不同的情况,合理地采用施工工法和相应的支护措施能够保证隧道安全如期地完成。黄海斌等3分析了 CD、CRD 和双侧壁导坑法运用于既有铁路隧道情形下各种工法的适应性得出双侧壁导坑法对围岩的扰动较小,马智理4模拟了悬臂掘进全断面、二台阶、三台阶施工,最后得出无论是在初期支护、地表沉降、围岩应力何种情形下,三台阶对围岩的扰动均较小。现阶段对于隧道施工的研究相对较多,但针对超浅埋、浅埋、大跨度等隧道的研究相对较少。因此,本文以贵阳轨道交通 3 号线为背景采用 Midas GTS NX 模拟,浅埋隧道悬臂掘进机 3 种不同工法对围岩的扰动情形进行研究,以便为类似工程提供借鉴。1工程概况甘荫塘站四方河路站区
3、间出甘荫塘站后沿花溪大道中段向北敷设,先后侧穿甘荫塘人行天桥、下穿四方河下拉槽、贵州胶鞋厂宿舍、海光皮革厂宿舍、四方河加油站,最终进入四方河路站。本区间左右线均从四方河路站始发,至甘荫塘站隧道示意图如图 1 所示。隧道顶埋深约 5.68耀17.6 m。平均埋深较浅,在隧道埋深部位主要是红黏土和强风化白云岩为主,围岩等级为郁级。如何选用合理的施工方法是确保隧道正常施工和减小对地面建筑的影响是该隧道修建必须解决的关键问题,因此,本文选择上述 3 种工法进行模拟计算和分析以便能够得到安全经济的施工方法。2隧道模型和计算参数2.1建模思想为了模拟悬臂掘进机施工更为真实,本文采用荷载梯度法进行隧道施工的
4、开挖和支护5。荷载梯度法是基金项目:贵阳人文科技学院 2022 年度科研基金项目(2022rejs048)第一作者简介:马智理(1994-),男,硕士,工程师。研究方向为隧道工程。*通信作者:佘婷婷(1995-),女,硕士,工程师。研究方向为结构工程。摘要:在软弱浅埋隧道施工中,为保证隧道正常施工和减小对地面建筑影响,该文采用 Midas GTS NX 有限元分析软件结合贵阳轨道交通 3 号线某施工段为背景,对比分析悬臂掘进机施工二台阶法、CD 法、CRD 法。分析 3 种工法的地表沉降、拱腰收敛、围岩应力,最后得出 CRD 法施工对围岩的扰动性小。关键词:浅埋隧道;悬臂掘进机;二台阶法;CD
5、 法;CRD 法中图分类号院U25文献标志码院A文章编号院2095-2945渊2023冤25-0139-04Abstract:In the weak shallow tunnel construction,in order to ensure the normal construction of the tunnel and reduce theinfluence on the ground building,this paper uses the Midas GTS NX finite element analysis software combined with theconstructi
6、on section of Guiyang Rail Transit Line 3 as the background to compare and analyze the cantilever roadheaderconstruction two-stage method,CD method and CRD method.The surface subsidence,arch waist convergence and surrounding rockstress of the three construction methods are analyzed,and it is conclud
7、ed that the disturbance of CRD construction to thesurrounding rock is small.Keywords:shallow tunnel;cantilever roadheader;two-step method;CD method;CRD methodDOI:10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.25.034139-2023 年 25 期方法创新科技创新与应用Technology Innovation and Application考虑到悬臂掘进机开挖中的每个细节,分析每次悬臂掘进机的破岩方式和开挖量进而确定需
8、要铣挖量,并记录好,每铣挖一次就是一个施工段。通过这种方式可以将每一步完成后的围岩应力释放完成,然后再进行下一步的开挖。通过这种方式进行模拟与实际悬臂掘进机施工相符。图 1隧道示意图2.2隧道模型隧道施工仅对开挖部分洞径 35 倍范围内有影响6,因此计算模型取左右 30 m,下部取 60 m,依据实际工程隧道埋深取 8 m。上表面,模拟为自由表面,模型的左右、前后和下部施加法相约束7,模型如图 2 所示。渊a冤二台阶渊b冤CD 法渊c冤CRD 法图 2模型示意图2.3计算参数和模型在模拟隧道施工中土体采用摩尔库伦模型,喷射混凝土采用各向同性的弹性材料,计算力学参数见表 1。表 1材料力学参数取
9、隧道埋深为 6 m,岩土左右侧边界距隧道中心线为洞径的 5 倍,垂直方向隧道到底部为洞径的 6 倍,纵向长度取 16 m。模型的左、由、前、后和底部施加法相约束,地表为自由面。3 个模型所生成的节点数和单元基本接近,为 13 613 个节点,33 921 个单元。根据实际工程选择隧道围岩和喷射混凝土的力学参数,混凝土采用 shell 单元。2.4施工工法针对该工程的实际情况,隧道埋深 5.68耀17.6 m,围岩等级为 IV 级,地质条件较差,上部还有住宅和公路等情况,施工时必须严格控制地面沉降和围岩的变形。综合以上因素,本文初步选用二台阶、CD 法、CRD 法。本文模拟隧道开挖进尺为 2 m
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