三台阶七步法和三台阶五步法施工数值模拟对比分析.docx
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三台阶七步法和三台阶五步法施工数值模拟对比分析
三台阶七步法和三台阶五步法施工数值模拟对比分析
一、工程概况：
该工程位于甘肃省岷县县城东边。
隧道于洮河右岸岷县奈子沟村东侧山坡（DK201+820）进洞，在岷县正龙骨料饲料厂后山坡（DK206+955）出洞。
隧道全长5135m。
该隧道为双线隧道，该模拟分析方法以DK202+390～DK202+535段炭质板岩层隧道开挖及初期支护、二次衬砌施工为模拟对象，研究区段以炭质板岩为主要岩层，该岩层夹于二叠系下统板岩、砂岩层中。
灰黑色，板理极发育，薄片－薄层状，岩质极软，节理极发育。
围岩、锚杆、钢拱架、初支喷砼、二次衬砌分别采用莫尔-库仑模型、杆单元、梁单元、板单元进行模拟。
在分析过程中，采用七步开挖法、五步开挖法两种不同的开挖支护方法进行施工模拟。
二、模型
模型总体尺寸为：
模型大样图
七步开挖法示意五步开挖法示意
锚杆单元划分图钢拱架单元划分图
喷砼网格划分图二次衬砌网格划分图
短台阶七步开挖法步序图
短台阶五步开挖法步序图
三、材料参数
材料
弹性模量（N/m2）
泊松比
密度
（N/m3）
粘聚力（N/m2）
内摩擦角（。
）
侧压力系数
炭质板岩
2×108
0.45
17000
50000
10
1.0
喷砼
2.8×1010
0.2
24000
—
—
—
二衬砼
3.15×1010
0.2
25000
—
—
—
锚杆
2×1011
0.3
78500
—
—
—
20#钢拱架
2×1011
0.3
78500
—
—
—
四、计算结果
4.1竖向位移
1部开挖9m后竖向位移（7步开挖法）
1部开挖9m后竖向位移（5步开挖法）
4部开挖贯通后竖向位移（7步开挖法）
2部开挖贯通后竖向位移（5步开挖法）
5部开挖贯通后竖向位移（7步开挖法）
3部开挖贯通后竖向位移（5步开挖法）
二次衬砌浇筑后竖向位移（7步开挖法）
二次衬砌浇筑后竖向位移（5步开挖法）
4.2围岩应变
1部开挖9m后围岩应变（7步开挖法）
1部开挖9m后围岩应变（5步开挖法）
4.3围岩最大主应力
1部开挖9m后围岩最大主应力（7步开挖法）
1部开挖9m后围岩最大主应力（5步开挖法）
4部开挖贯通后围岩最大主应力（7步开挖法）
2部开挖贯通后围岩最大主应力（5步开挖法）
5部开挖贯通后围岩最大主应力（7步开挖法）
3部开挖贯通后围岩最大主应力（5步开挖法）
二次衬砌浇筑后围岩最大主应力（7步开挖法）
二次衬砌浇筑后围岩最大主应力（5步开挖法）
4.4锚杆内力
5部开挖贯通后Y=1.5m断面锚杆内力（7步开挖法）
3部开挖贯通后Y=1.5m断面锚杆内力（5步开挖法）
4.5钢拱架内力
二次衬砌浇筑后Y=0.5m断面钢拱架MY图（7步开挖法）
二次衬砌浇筑后Y=0.5m断面钢拱架MY图（5步开挖法）
4.6初支喷砼应力
1部开挖9m后初支喷砼应力（7步开挖法）
1部开挖9m后初支喷砼应力（5步开挖法）
4部开挖贯通后初支喷砼应力（7步开挖法）
2部开挖贯通后初支喷砼应力（5步开挖法）
5部开挖贯通后初支喷砼应力（7步开挖法）
3部开挖贯通后初支喷砼应力（5步开挖法）
二次衬砌浇筑后初支喷砼应力（7步开挖法）
二次衬砌浇筑后初支喷砼应力（5步开挖法）
4.7二次衬砌应力
二次衬砌浇筑后衬砌内力（7步开挖法）
二次衬砌浇筑后衬砌内力（5步开挖法）
4.8关键部位围岩位移变形
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