陶　琦　馮　研

摘要：文章結(jié)合承德遵小鐵路張杖子山段軟弱圍巖工程實例，應(yīng)用ADINA有限元分析軟件進行建模分析，得出了該工程軟巖支護的模擬效果，并由此得出指導(dǎo)工程實踐的相關(guān)結(jié)論。

關(guān)鍵詞：軟巖隧道；ADINA分析；隧道支護；數(shù)值模擬

中圖分類號：TU470文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1009-2374（2009）08-0171-02

一、工程概況

遵小鐵路張杖子隧道段位于承德市寬城縣內(nèi)，全長2571m。該地區(qū)處于低山丘陵區(qū)，絕對標(biāo)高430～547m，自然橫坡20°～30°。隧道最大埋深約為100m，隧道進口里程為DK41+336；出口里程為DK43+907。出口山坡植被發(fā)育。隧道洞身圍巖Ⅳ～Ⅴ級，詳見表1：

張杖子隧道位于片麻巖地層中，片麻巖節(jié)理裂隙發(fā)育，部分地段巖體中裂隙水較發(fā)育，工程地質(zhì)條件一般。在隧道出口處DK43+883左側(cè)約46m處有一正開采的礦井，礦道彎曲大致向隧道方向，現(xiàn)礦底標(biāo)高與隧道標(biāo)高大約相當(dāng)。

二、軟巖條件開挖建模

隧道模型幾何尺寸為隧道凈高6.25m，凈寬為5.7m。在模型中其巖體的尺寸為長80m，寬50m。模型采用雙層支護加錨桿，第一層支護的厚度為0.45m，第二層支護的厚度為0.20m，錨桿的長度為3.5m。

在ADINA界面中首先建立各個節(jié)點，并把四個相鄰的節(jié)點建立成為面，從而建立了主斷面上的平面應(yīng)變模型。這里模型的建立要以隧道實際情況為根據(jù)，將各巖層及其支護、錨桿基本準確地描繪出來，如圖1所示。

圖1 斷面幾何模型圖

在原有數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，利用試驗測試結(jié)果和從工程項目中獲得的地質(zhì)資料，進行了一定程度的簡化，具體結(jié)果見表2：

根據(jù)所建立的計算模型的特點，采用標(biāo)準的四節(jié)點矩形單元對計算區(qū)域離散化。根據(jù)以上分析，在隧道開挖區(qū)域內(nèi)，單元應(yīng)劃分的細一些，而對于受采動影響較小的其它區(qū)域，網(wǎng)格可劃分的大一點，網(wǎng)格劃分后的幾何模型圖如圖2所示：

圖2 網(wǎng)格劃分后的幾何模型圖

三、模型數(shù)據(jù)處理分析

求解之后，通過后處理，可以獲得巖層穩(wěn)定后的隧道周邊變形位移和拱頂下沉位移云圖及應(yīng)力云圖如下所示：

圖3 圍巖穩(wěn)定后下沉云圖

圖4 圍巖穩(wěn)定后變形云圖

圖5 圍巖穩(wěn)定后第一主應(yīng)力云圖

圖6 圍巖穩(wěn)定后第二主應(yīng)力云圖

四、結(jié)語

經(jīng)過對張杖子山隧道軟弱圍巖的ADINA分析，得出其拱頂下沉曲線的實際值與模擬值對比圖，如圖7所示，可見模擬可以體現(xiàn)其總體變形趨勢。對于洞口淺埋段Ⅴ類軟巖，圍巖收斂變形達到基本穩(wěn)定時間較長，初始圍巖凈空變形速率較大，因此應(yīng)把初期的重點放在前期階段。在Ⅳ類圍巖則應(yīng)在開挖初期施作一薄層柔性支護，并視圍巖變形的增長情況給予適時支護。

圖7 拱頂下沉?xí)r間—位移曲線對比圖

參考文獻

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作者簡介：陶琦（1976－），男，遼寧阜新人，中鐵十九局集團第二工程有限公司工程師，碩士，研究方向：隧道施工；馮研（1983－），男，遼寧阜新人，四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院碩士研究生，研究方向：隧道橋梁。