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随着我国高速铁路进入高速发展的时期,根据工程线路的需要,必然会修建很多宽长隧道,宽长隧道中出现软弱围岩段是常有的事,而工程事故频发段往往出现在对软弱围岩的施工过程中。相比一般隧道,宽长隧道在修建过程中,地质条件更为复杂,所以对软弱围岩的处理必须更加谨慎!目前有限元法发展已较为成熟,该方法计算精度较高,不受工程形状的影响,能根据实际工程需要建立模型,在隧道围岩的稳定性分析评价方面得到了广泛的应用。本文使用有限元分析软件对软弱围岩进行数值分析,分析了软弱围岩段在施工工程中围岩应力与位移的变化规律,根据变化规律指导反馈设计和对隧道施工安全进行超前预报。
本文对宽长隧道的特性进行了分析研究,阐述了有限元基本理论及其在隧道工程中的应用。本次模拟以新建南广铁路项目中的北岭山隧道为工程背景,选用大型有限元软件ANSYS,建立对深埋宽长隧道中的软弱围岩段的施工方法的模型,对该隧道断面为D3K393+080段进行了数值模拟分析,该断面为V级围岩段,埋深为579.74m,主要采用环形土体开挖预留核心土的施工方法。本次模拟主要通过ANSYS中的生死单元和载荷步实现了动态模拟该施工方法。
通过对北岭山隧道建立合理的模型,选用工程实际施工中材料的参数,对施工各个阶段进行动态模拟。得出了围岩在施工各个阶段的应力和位移云图;支护结构在核心土和下台阶开挖过程中的轴力、剪力和弯矩图;锚杆在核心土开挖和下台阶开挖过程中的轴力图和应变分布图。
通过对各个施工阶段围岩的应力云图分析可得,在环形土体开挖完成后,围岩的应力集中现象明显,随着后续的开挖和支护的进行,特别是支护成环后,围岩内应力集中现象得到了很大改善,支护结构早成环对围岩稳定能起很大作用。通过对支护结构的轴力、剪力和弯矩图分析,该工程中的支护强度满足围岩稳定性的需求,支护结构较为安全;对动态施工中锚杆的轴力图的变化分析,提出了软弱围岩段在拱顶处不设系统锚杆的建议。对隧道拱顶处、拱腰处和拱角处的位移云图进行了分析,得出与工程现在实际监控量测数据接近的结果,说明本次模拟选用的模型及参数基本合理,为北岭山隧道后续的设计和施工提拱了必要的理论依据。