3 数值模拟

　　3.1 参数选取

　　本文数值模拟选用的参数按地质勘察资料取用。围岩支护参数指标见表1。小导管注浆区域按加固土体来处理,模拟的工况按实际开挖和支护的过程分步进行。

　　3.2 岩体本构模型

　　软弱地层的岩体一般表现出弹塑性性质,因而在研究该段地层时采用弹塑性本构模型。由于Drucker-Prager准则考虑了围岩静水压力对屈服特性的影响,并且能反映剪切引起膨胀的性质,因而在模拟弹塑性岩体中被广泛应用。D-P准则形式为式(1)。

　　式中　I1为应力张量第一不变量;J2为应力偏张量第二不变量;c为围岩粘聚力;φ为围岩内摩擦角。围岩进入塑性区后,每一点的摩尔-库仑圆都是不同的。摩尔包络线为一组具有相同φ但c不同的平行直线,可见c的变化对计算结果影响很大[2]。

　　3.3 F型和G型断面计算结果分析

　　通过三维弹塑性有限元分析可知,施工完成时地表最大沉降量约为5.165mm,均满足施工期间地表的沉降量环境控制要求(≤30mm)。施工期间隧道围岩的最大沉降值均位于G型断面的拱顶部位以及双连拱隧道拱顶部位,最大下沉值约为2.396mm,最大隆起量约为18.13mm,也位于这些部位的仰拱底部。计算结果一方面表明施工期间围岩处于稳定状态,另一方面也表明这些部位是施工中的薄弱环节,应高度重视和密切关注,加强对这些部位的监控量测。

　　取几组不同的粘聚力c、内摩擦角φ和弹性模量E的围岩进行对比和分析,还可以发现,当隧道处于软弱围岩地层中,掌子面处的土体出现塑性区。因此,在大断面隧洞施工时,为防止围岩坍塌,要及时封闭掌子面和施做临时仰拱,使各单洞室初支尽快封闭成环。

　　3.4 H型断面双连拱隧道两种施工方案比较

　　3.4.1 施工进度比较

　　采用三洞法施工,必须待G型断面双侧壁导坑中间的土体施工完成后才能施工双连拱隧道,且双侧壁导坑法施工每侧洞室均要错开15m以上,按单洞室2m/d的进度,待G型断面中间土体施工完成至少需要12天,加以施工中洞及核心柱施工,至少需要10天,然后才能进行左线隧道施工。当三洞法改两洞法施工后,仅需要G型断面双侧导坑中的左线隧道施工完成后,即可进入双连拱隧道左侧隧道施工,可节省工期至少22天。

　　3.4.2 计算结果比较

　　采用两导洞法和三导洞法计算出的轴力和位移见表2。

　　由表2可知:采用两导洞法和三导洞法其轴力和位移均小于规范允许值。但是通过对两种工法在施工期间产生的内力进行分析,可以发现:①两导洞法施工中,初支最大轴力发生在右侧隧道开挖并支护后,其位置发生在联拱隧道混凝土柱与拱部相连处,因此,该工序为最不利工序;②三导洞法施工中,初支最大轴力发生在拆除中导洞临时支护后,其位置发生在联拱隧道中混凝土柱与拱部相连处,因此该工序为最不利工序。两种施工方法均能保证安全,施工时特别要注意混凝土柱与拱部相连处的监测工作,但两导洞法能节省22工天,临时支护工程比三导洞法少一半,因此,H型断面在实际施工时选取两导洞法作为双联拱隧道的施工方法。

　　4 结论

　　(1)突变大断面地铁施工,采用三维有限元数值模拟计算,可以选择最优方法施工,并确定出哪些部位是施工中的薄弱环节,起到超前预报和预测的

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