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外文资料翻译柔弱岩石上短距离隧道的动态施工力学的研究

毕业设计外文资料翻译

题目柔弱岩石上短距离隧道

的动态施工力学的研究

学院土木建筑学院

专业土木工程

班级土木

学生

二〇一一年三月四日

ModernAppliedScienceVol.4,No.6;June2010

柔弱岩石上短距离隧道的动态施工力学的研究

吴恒斌（通讯作者）

重庆长江三峡大学土木工程系

中国重庆万州市二段沙龙路780号

电子邮件:

hbw8456@

贺云翔

重庆长江三峡大学土木工程系

中国重庆万州市二段沙龙路780号

郭良松

聊城建宇工程有限公司

中国聊城252000

摘要

基于建设理论的新奥地利方法（（NAM））,依赖在柔弱岩石的短距离隧道工程,通过构建数学模型并进行了三维弹塑性有限元法的建构过程中,双边墙的施工方法。

分析隧道周围一些测量点位移的变化和隧道开挖和洞室群围岩的稳定性,通过分析地表塌陷、承担的力量支护结构与塑性区。

结果表明,上述构造法是合理的在以后的隧道开挖，地表沉陷，隧道变形与早期隧道开挖的影响比较明显。

关键词:

柔弱的岩石、小距离隧道、动态建筑机械、数值模拟

1介绍

过程的开挖与支护隧道是一项复杂的机械加工过程，施工过程之间的差别，开挖顺序，支持的时间大为影响工程结构系统（SHEetal.,2006）.的力学效应由于周围岩石条件的复杂性普通的类似项目在柔弱岩石特别是小距离隧道工程的复杂连接中是不够的，因此,根据在施工过程中各负荷情况，在不同的围岩中有必要进行机械模拟和分析在柔弱岩石隧道衬砌方面的研究，SUNetal.（1994）考虑了时空效应隧道挖掘表面建立三维数模型。

CHENGetal.（1997）分析了力学机制和FLAC隧道衬里复杂的承载能力，得到一些有用的结论。

JINetal.（1996）应用非线性粘弹性理论进行了三维有限元模拟圆隧道开挖过程。

Karakus（2007）阐述了由平面应变分析造成的三个尺寸挖掘影响。

因为时空效应还不能全部体现,许多研究人员进行了三维弹塑性有限元法和隧道开挖的弹塑性分析（AN,1994,XIAO,2000&ZHUetal.1996）。

在小距离隧道方面的研究LIUetal.（2000）在中国第一个超级短距离隧道进行的测试中距离隧道在中国。

WANetal.（2000）取得了具体小距离隧道的概念。

JINetal.（2004）通过数值模拟分析讨论了施工方法的适应性。

YANetal.分析了在不同施工方案中支撑的机械特性和变形规则。

LIUetal。

（2006）介绍了短

距离8车道公路隧道的设计方案。

大多数上述研究的目的分别是柔弱岩石隧道的建筑特征和小距离隧道建设方案的比较和选择由于很少做结合两方面的讨论，因此，有必要研究小距离柔弱岩石动态施工特点。

2工程概况

2.1工程地质

地质调查显示,底部隧道主要打通的是下面的基础，主要是泥岩，砂岩。

撞击地层的方向交叉降至85°。

隧道、地层倾角约有9°,结合层岩石很普通，岩石的等级是五级。

地下水很匮乏，隧道中水的主要形式是潮湿或滴下来。

钢筋混凝土的极限抗压强度=4.59Mpa，完整性因素KV=0.65,K1=0.2,K2=0.3,K3=0,[工程量清单计价]=219。

砂岩钢筋混凝土的极限抗压强度=2549Mpa,完整因素KV=0.64,K1=0.5,K2=0.2,K3=0,[工程量清单计价]=319。

地质构造的表面非常发达，岩体极其支离破碎,而且块强度不够强。

所以它属于典型的类柔弱的岩石。

2.2工程施工方法。

双墙指导施工方法中的配角,以先进的小管为了减少隧道施工对高速公路经营管理的影响，确保隧道建设的安全双边墙施工方法以先进的小管作为支撑角色引导。

先进小管的外半径是Φ42mm,长度是四十厘米。

在施工过程中,开挖的长度是受到严格控制的，主要支撑每隔四米设置一个。

30厘米厚的封闭钢筋混凝土环被襄铸在第二内衬和主要支撑之间。

螺栓的形式是空心注浆和quincunx布局、直径和长度是作为轨道后,4.5米、垂直和周向所在分别是200厘米和80厘米第二内衬和主要支撑被浇铸成28厘米厚C20模型和60厘米厚C25厚钢筋混凝土模型

3数值模型

隧道长度是选为仿真模型,该模型被选为20米长，该模型有21850个小构件其中螺栓有3850构件（图1）。

隧道围岩被认为是弹塑性材料。

因为支撑结构的力学性能优于围岩,所以它可以被看作是弹性材料。

钢拱的影响在架子上和先进的小管喷射混凝土可以模拟使用等效的方法。

Tab.1是基本力学参数的物质。

为确保计算的准确性该模型维度可以设为:

左和右都长50米垂直于地球表面下为50米。

4进行结果分析

4.1分析地表沉陷,

地面沉降应严格控制,以确保隧道施工中高速公路运营管理的安全隧道施工。

从图2,图像的地表沉陷隧道开挖完成后,它可以看出地表沉陷对称分布近似在双线隧道、展示W的形状。

早期隧道拱顶端地面沉降规模最大，沉降值为5.31mm，这是由于早期隧道开挖完成以后，后期隧道建设造成的扰动，这和现场监测的信息和数据规

则是一致的。

后期隧道拱顶端地面沉降量是5.31mm。

在隧道中轴线附近的地表沉降

小于两个隧道拱顶所在的地表沉降，沉降值只有2.87mm。

可以从图二中得出的结论是隧道开挖的影响对地表沉陷趋于稳定的距离范围是中轴线直径的3.5倍,也揭示了该仿真模型的选择范围是没有错误的

4.2巷道变形分析

如图3所示,后期隧道拱顶端的垂直地表沉降是7.20mm,最大的垂直地表沉降值出现在早期隧道拱顶端。

因为之后的隧道施工效,是7.33mm。

与一般的大垮较浅深度的隧道地表沉降的现场测量值相比，顶部处理的沉降值略小。

可以假定,先进的小管在加固岩石上发挥了很大作用，逆变值相对较大，早期的隧道和后期的隧道分别是9.87mm9.85mm。

分析结果表明,隧道围岩的垂直缺陷值满足施工的需要、初始参数设定隧道结构是合理的。

4.3支撑承载力的分析

如图4所示,出现在拱脚的最大受力值是7.31Mpa.。

在施工过程中应该加强现场监测的力度。

从图五中以发现在拱顶和拱脚位置的螺栓的轴向力更大。

最大值是42.56kN，满足抗拉强度要求。

螺栓轴向力最主要的分布形式是“凸肚”式。

符合螺栓轴向力在柔弱岩石上的分布格局。

处在拱脚位置的少量螺栓时处于压缩状态的。

可能由于主要支撑的刚度太大，结果是减少了拱脚的变形和反演胀的现象。

从图六中可以看出第二内衬的应力规律和主要支撑是相似的，边墙的压力要大于其他部位最大应力值是0.2Mpa满足在中国要求的标准

4.4塑性区分析

从图7,便会发现,塑性区主要分布在拱顶、拱门、拱门脚的位置，这也许是由于由双边墙施工方法造成的过多的应力进入了侧墙。

先进的小管的支持、初期支护,其次内衬可以预防塑性区进一步扩张,塑性区深度,不会超过一半的隧道宽度,而在允许范围内。

所以隧道围岩塑性区的发隧洞的稳定性隧道仍然情况稳定。

5结论

隧道地表沉陷的分布在中心轴线基础上,显示W型,由于解决方案主要集中在3.5倍中心轴线的直径范围内，先进小管的支持能够加固围岩有效防止两个隧道之间塑性区的扩张。

从围岩结构的变形结果可以看到后期隧道开挖地表沉陷与隧道变形对早期的隧道的影响大于早期隧道开挖对后期隧道的影响。

对上述结果进行分析地面沉降、隧道周边的垂直位移，支撑的承载力和塑性区双边墙建设方案是合理的。

参考文献

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图1有限元分析模型

图2地表沉陷图表图3围岩的垂直位移（mm）

图4主要支撑的等量压力图5螺栓的轴力图

图6次连接的等量应力图7围岩的塑性区

StudyonDynamicConstructionMechanicsofSmall-DistanceTunnel

inSoftandWeakRocks

HengbinWu（Correspondingauthor）

DepartmentofCivilEngineering,ChongqingThreeGorgeUniversity

780ErduanShalongRoad,WanzhouDistrict,Chongqing404000,China

E-mail:

hbw8456@

YunxiangHe

DepartmentofCivilEngineering,ChongqingThreeGorgeUniversity

780ErduanShalongRoad,WanzhouDistrict,Chongqing404000,China

GuoliangSong

LiaochengJianyuConstructionEngineeringCo.,Ltd

Liaocheng252000,China

Abstract

BasedontheconstructiontheoryofNewAustriaMethod（NAM）,relyedonatunnelprojectofsmalldistancein

softandweakrocks,thispaperbuildsthenumericalmodelandsimulates3Dfiniteelementmethodelastoplastic

oftheconstructionprocessbytheconstructionmethodofdouble-sidewalls.Thedisplacementchangesofsome

pointsaroundthetunnelareanalysisedwiththetunnel’sexcavation.Thesafetyofthetunnelstructureand

stabilityofsurroundingrockareestimatedbyanalyzingthesurfacesubsidence,forcesundertakenbythe

supportingstructuresandplasticzone.Theresultsshowthatthemethodofconstructionmentionedaboveis

reasonable,theinfluenceofthelatertunnelexcavationonthesurfacesubsidenceandtunneldeformationsofthe

earliertunnelexcavationisrelativelyobvious.

Keywords:

Softandweakrocks,Smalldistancetunnel,Dynamicconstructionmechanics,Numericalsimulation

1.Introduction

Theexcavationandsupportingprocessoftunnelisacomplicatedmechanicalprocess,thedifferencesof

constructionprocess,excavationsequenceandsupportingtimegreatlyinfluenceonthemechanicseffectsof

engineeringstructuresystematic（SHEetal.,2006）.Becauseofthecomplexityoftheconditionofsurrounding

rock,theordinaryanalogyofprojectsisnotenoughinthecomplexlininginsoftandweakrocksespeciallyin

thetunnelengineeringwithsmalldistance,soit’snecessarytoconductthemechanicalsimulatingandanalyzing

indifferentsurroundingrockcharactersaccordingtothedifferentforcingstagesineachloadcaseduring

constructionprocesses.

Intheaspectoftheresearchonthetunnellininginsoftandweakrocks,SUNetal.（1994）buildedthethree

dimensionmodelconsideringthetime-spaceeffectoftunnelexcavatingsurface.CHENGetal.（1997）analyzed

themechanicalmechanismandcarryingcapacityofcomplexliningfortunnelswithFLAC,andgotsomeuseful

conclusions.JINetal.（1996）conductedthreedimensionFEM（finiteelementmethod）numericalsimulationto

theexcavationprocessesofcircletunnelusingthenonlinearviscoelastictheory.Karakus（2007）elaboratedthree

dimensionexcavatingeffectcausedbyplanestrainanalyses.Becausethetime-spaceeffectcouldnotbefully

reflected,manyresearchersconductedthreedimensionFEMelastoplasticandvisco-elastoplasticanalysesto

tunnelexcavation（AN,1994,XIAO,2000&ZHUetal.,1996）.Intheaspectoftheresearchinthetunnelof

smalldistance,LIUetal.（2000）carriedoutthetestsonZhaobaoshantunnel,whichisthefirstsupersmall

distancetunnelinChina.WANetal.（2000）madespecificallytheconceptofsmalldistancetunnel.JINetal.

（2004）discussedtheadaptabilityoftheconstructionmethodsthroughthenumericalsimulating.YANetal.

（2006）analyzedthemechanicalcharacteristicanddeformationrulesofthesupportsindifferentconstruction

methods.LIUetal.（2006）introducedthedesignschemeofhighwaytunnelofsmalldistancewith8lanes.Most

ofstudiesmentionedabovewereaimedseparatelyatconstructioncharactersofthetunnelinsoftandweakrocks

117

ModernAppliedSciencewww.ccsenet.org/mas

andthecomparisonandselectionoftheconstructionschemesofsmalldistancetunnel.Thediscussion

combiningthetwoaspectsislessmade,soit’snecessarytostudythedynamicconstructionmechinics

characteristicofsmalldistancetunnelinsoftandweakrocks.

2.EngineeringGeneralSituation

2.1EngineeringGeology

Thegeologicalsurveyshowsthatthebottom,thetunnelmostlygetthrough,istheJurassicupperShaximiao,and

theunderlyingbedrockistheinterbeddedofmudstoneandsandstone.Thestrikedirectionofthestrataintersect

thetunnelaxisto85°,thestratadipangleisabout9°,thecombinationbetweenthelayersofrockisgeneral,and

thelevelofrockisgradeV.Thegroundwaterispoor,andthemainformofthewaterintunnelisdampor

dripping.ThesaturateduniaxialcompressivestrengthofmudstoneRc=4.59Mpa,IntegrityfactorKv=0.65,

K1=0.2,K2=0.3,K3=0,[BQ]=219.ThesaturateduniaxialcompressivestrengthofSandstoneRc=25.49Mpa,

integrityfactorKv=0.64,K1=0.5,K2=0.2,K3=0,[BQ]=319.Thesurfaceofgeologicalstructureisvery

developed,therockbodyisextremelyfragmented,andtheblockstrengthisnotstrong.Soitbelongstothe

typicalcategoryofthesoftandweakrocks.

2.2EngineeringConstructionMethod

Thedoubleside-wallsconstructionmethodisguidedunderthesupportingrolewithadvancedsmallpipe,in

ordertoreducetheinfluenceoftunnelconstructiononthehighwayoperations,ensurethesafetyoftunnel

construction.TheoutsideradiusofadvancedsmallpipeisΦ42mm,thelengthis3.5mandthecircumferential

spacingis40cm.Intheconstructionprocess,theexcavationlengthiscontrolledstrictly,theprimarysupportis

constructedevery4m,andthe30cmthickclosedloopofsteelconcreteismoldedbetweenthesecondlylining

andprimarysupport.Theboltsaretheformsofhollowgroutingandquincunxlayout,thediameterandlength

aresettedas25mmand4.5m,theverticalandcircumferentialspacingarelocated200cmand80cmapart.The

primarysupportandsecondlyliningareformsofthe28cmthickC20shotcreteand60cmthickC25model

reinforcedconcrete.

3.NumericalModel

Thetunnellengthinsimulatingmodelissel