大坪里特长隧道NATM施工过程的动态仿真研究

摘要

随着西部大开发战略的加快，公路隧道的修建越来越多。隧道和地下工程的开挖是一个在时间和空间上不断变化的动态过程，因此对围岩与支护结构稳定性问题的研究具有一定的理论及实际意义。 本文先总结了山岭隧道施工方法的发展，特别是新奥法，概述了开挖过程的数值模拟方法，然后系统地阐述和分析了隧道与地下工程开挖过程的力学理论、力学性态和特点。 接着以大坪里特长隧道为依托，基于两种不同工况条件，按平面应变问题处理，采用施加初始地应力荷载方法，模拟桩号K23+900隧道断面的施工过程。对该过程中的围岩应力应变情况进行对比分析得出：对深埋隧道，台阶法较全断面法无明显优势；但若围岩性质较差，台阶法施工明显优于全断面施工。然后基于不同开挖方式，按空间问题处理，采用多载荷步求解法，模拟桩号K23+900~936隧道段施工时的围岩、初期支护和二次衬砌应力应变的变化过程。经过对比分析得出：不论何种开挖方式，先开挖部分对后开挖部分的围岩产生扰动较显著；若采取相向同步开挖，拱顶在隧道交汇前后竖向位移值往往达到最大，且认为该法优于同向同步开挖法。其次再取桩号K33+800的隧道断面，研究弹塑性平面应变下初期支护与二次衬砌间的相互作用规律得出：衬砌结构间存在不均匀压力，但压力表现的变化态势与隧道衬砌结构类型有关，且二次衬砌应作为隧道主要的承载结构。 最后根据大坪里隧道开挖工程的特点和拟解决的问题，制定了掌子面超前预报的初步方案。