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本文主要是以中部引黄工程1#主洞段作为研究对象,引黄工程1#隧洞穿越三种围岩类别,总长为15.5 km。分别为Ⅲ类围岩长约2.7km,Ⅳ类长约5.9km,Ⅴ类围岩长约6.9 km。采用城门洞型。针对1#隧洞的围岩状况,本文主要对施工方法进行了确定,并对其进行内力计算,得到了施工受力值,同时又主要采用了ANSYS数值模拟,得到了施工薄弱点以及施工受力值,为施工支护等工程措施的设计提供了计算的依据。主要研究内容如下: (1)隧洞施工过程包括开挖过程模拟、支护模拟、衬砌体模拟三个阶段。 (2)对现行隧道施工技术进行了分析,根据现有隧洞地质条件及现有施工技术,1#主洞段采用上下台阶法较为合理。 (3)根据1#主洞的地质条件,采用理正技术软件对隧洞运行期及施工期最大轴力及最大弯矩进行了计算,最后确定运行期、施工期Ⅳ类围岩最大轴力、弯矩分别为122KN、46KN·m;491KN、183KN·m,Ⅴ类围岩最大轴力、弯矩分别为181KN、85KN·m;562KN、257KN·m。 (4)本文针对1#主洞进行了有限元模型的建立,采用PLANE42号平面单元来模拟开挖和初期支护,用BEAM3梁单元来模拟二次衬砌。由于隧洞属于长条形构筑物,采用二维平面问题进行分析。模型的计算范围为44×46m,有958个节点,953个单元有限元。 (5)对1#主洞进行了Ⅲ~Ⅴ类围岩进行开挖、支护、衬砌模拟。 模拟结果如下:Ⅲ类围岩上台阶开挖后在拱顶下沉位移为2.08mm,边墙和拱圈相接处的B点竖向位移为0.17mm。上台阶开挖在拱顶点处的的第一主应力最大为1.2Mpa,Ⅲ类围岩下台阶开挖以后,对于X向应力,隧洞边墙中部和拱顶处受力较大;对于Y向应力,在隧洞下台阶开挖以后,拱顶处应力集中减少,拱脚处出现应力集中。Ⅳ类围岩段上台阶开挖引起的拱顶位移为4.16mm,围岩压力为1.68Mpa,在下台阶的表面出现拉应力,最大为0.98Mpa。对于X向应力,最大值出现在拱顶,Y向应力出现在拱腰偏下的地方。Ⅳ类围岩段下台阶开挖引起隧洞周边X拱顶A点应力为0.86 Mpa,边墙脚部即监测点D处,为0.67Mpa。二次衬砌的弯矩最大点发发生在边墙和底板相交的地方,最大弯矩为110.905kN·m。轴力最大值为436.737kN,分别为拱腰及边墙和底板相交的地方。Ⅴ类围岩段上台阶开挖后拱顶压力明显高于Ⅲ类和Ⅳ类围岩,竖向位移也明显增大,其中变化最大的是二次衬砌的轴力,它的最大值发生在拱顶大概60°的范围内,最大值为527.261 kN,弯矩的最大值还是发生在边墙和底板相交的地方,最大值为174.972 kN·m。 (6)论文模型建立具有一定的合理性,能够对同类模型的创建起到一定的参考作用。