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.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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