隧道结构计算分析课件Word格式.docx
《隧道结构计算分析课件Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《隧道结构计算分析课件Word格式.docx（32页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
采用隧道与地层共同作用的地层-结构模式，模拟分析施工过程地层和结构的受力及变形特点。
计算模型所取范围是：
水平方向取隧道两侧3倍洞跨，而竖直方向，仰拱以下地层，以洞跨的3倍为限，即从仰拱至地层下3倍洞跨深度范围，隧道拱顶以上地层：
V级围岩取至地面，IV、III级围岩根据计算高度取值。
计算中地层及初期支护（初衬喷砼及钢架除外）采用了DP材料的弹塑性实体单元模拟，而初衬（钢架喷砼）、二次衬砌采用弹性梁模拟，为使点和点之间位移协调，初衬和地层之间用约束方程联系、初衬和二衬之间用只传递轴向压力的链杆连接。
ANSYS程序中，采用单元的“生”（KILL）、“死”（ALIVE）来模拟衬砌和临时支撑的施作和拆除过程，当单元“死”时，受力体系不受其影响，“死”单元的应力、应变不计（即内力为0），而后被激“活”的单元不计以前自身应变，也就是说，“活”的单元只对以后应力发生变化时产生作用。
2、计算荷载
模拟开挖过程中，先计算初始应力，每开挖一步形成“毛洞”时，释放一部分初始应力，施作支护时释放余下的初始应力。
有限元计算中，采用莫尔—库仑屈服准则对结构的开挖过程进行弹塑性分析。
也即采用Drucker-Prager（DP）模型计算结构非线形的变形特性。
其等效应力为：
式中
；
；
—材料的内聚力，MPa；
—材料的内摩擦角。
屈服准则为：
计算时将地层以岩性和地质特点划分为几个不同的类别，各层计算时围岩的物理力学指标依据施工图中《地质详勘报告》加以选取。
具体如表1所示。
有限元计算围岩物理力学参数
表1
围岩
级别
密度ρ（g/cm3）
弹性抗力系数K（MPa/m）
弹性模量
（静态）E（Mpa）
泊松比
μ
内摩擦角φ
粘聚力
C（MPa）
Ⅴ
1.85
120
12
0.40
22
0.03
Ⅳ
2.10
350
600
0.30
37
0.15
Ⅲ
2.50
700
12000
0.25
45
0.5
五、内力计算及分析
采用ANSYS有限元通用程序对竹篱晒网隧道结构的计算分析，取得有代表性的结果如下：
1、出洞段KY2+760（V级围岩，采用双侧壁法施工）
1）施工开挖过程中，隧道初衬的最大弯矩为97KN.m，对应轴力650KN，初支满足承载要求。
2）施工开挖过程和终态中，隧道二衬的最大弯矩、轴力如下表2：
隧道内力（标准值）及配筋表表2
部位
弯矩（KN.m/m）
轴力（KN/m）
剪力（KN/m）
配筋率
ρ（%）
裂缝宽ω（mm）
二衬拱顶
234
-1158
0.32
/
二衬侧墙
-115
-1133
-156
二衬仰拱支座
-357
-1415
354
二衬仰拱跨中
219
-1250
经检算，二衬满足承载要求，设计图中二衬配筋满足强度和裂缝要求（本结构不受裂缝控制）。
3）施工开挖过程拱顶的最大沉降为31mm,对应地面沉降为27mm。
从沉降图中可以看出，地表的最大沉降为拆除其余临时支撑、施做二衬时，比拆除支撑前变化较大,因此,拆除支撑为控制地表沉降的关键,经初步检算,纵向间距8m拆除一道临时支撑时,满足沉降要求。
4）从沉降图中看出，由于两隧道相距较近（最小有15米），地层较差，两隧道施工时产生一定的相互影响，故在V级围岩中，两侧隧道施工时应该错开一定距离，同时应该加强监测，及时调整施工工序。
4）施工开挖过程中最大应力为887KPa,洞周最大应力为211KPa,满足地层承载要求。
2、洞身段KY2+480（IV级围岩，采用环形台阶法施工）
1）施工开挖过程中，隧道初衬的最大弯矩为50KN.m，对应轴力445KN，初支满足承载要求。
59
-858
0.31
-45
-736
-59
-214
-1110
30
-1101
经检算，二衬满足承载要求，设计图中二衬配筋满足强度和裂缝要求（本结构不受裂缝控制，仰拱跨中不配筋）。
3）施工开挖过程中拱顶的最大沉降为10mm,对应地面沉降为9mm,满足沉降要求。
同时从沉降图中看出，两隧道施工相互影响很小，可不考虑。
4）施工开挖过程中洞周最大应力为221KPa,满足地层承载要求
1）施工开挖过程和终态中，隧道二衬的最大弯矩为48KN.m、对应轴力215KN,二衬可不需要配筋。
2）施工开挖过程中地面的最大沉降很小（在图中不显示），沉降满足规范要求。
同时两隧道施工的相互影响很小。
六、计算结果附图（施工开挖详见相关图纸）
1、出洞段KY1+100（V级围岩，采用双侧壁法施工）
模型图
开挖步骤及结构模型图
开挖第一步时地面沉降图（m）
开挖第二步时地面沉降图（m）
开挖第三步时地面沉降图（m）
开挖第四步时地面沉降图（m）
开挖第五步时地面沉降图（m）
施作左侧隧道二衬，隧道变形
开挖第六步时地面沉降图（m）
开挖第六步时初支弯矩图（KN.m/m）
拆除左洞临时支撑，施做二衬时地面沉降图（m）
开挖第七步时地面沉降图（m）
开挖第八步时地面沉降图（m）
开挖第九步时地面沉降图（m）
开挖第十步时地面沉降图（m）
开挖第十一
步时地面沉降图（m）
开挖第十二步时地面沉降图（m）
开挖第十二步时初支弯矩图（KN.m/m）
拆除右洞临时支撑，施做二衬时地面沉降图（m）
拆除右洞临时支撑，施做二衬时初支弯矩图（KN.m/m）
拆除右洞临时支撑，施做二衬时初支轴力图（KN/m）
拆除右洞临时支撑，施做二衬时二衬弯矩图（KN.m/m）
拆除右洞临时支撑，施做二衬时二衬轴力图（KN/m）
拆除右洞临时支撑，施做二衬时二衬剪力图（KN/m）
应力图（KPa）
地面沉降图（m）
二衬弯矩图（KN.m/m）
二衬轴力图（KN/m）
3、洞身段KY1+500（III级围岩，采用台阶法施工）；
升级会员 