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富水破碎围岩隧道施工工法ADINA数值模拟

2022-04-21 来源:爱go旅游网
Science&Technology Vision 科技视界 科技・探索・争鸣 富水破碎围岩隧道施工工法ADINA数值模拟 白净钞马德芹巫明健 (西南交通大学,四川成都610031) 【摘要】本文基于乐园隧道富水破碎带施工技术为背景,主要研究了富水破碎隧道如何进行合理防排水和如何选择最优开挖方法 对于 隧道防排水选择以“以堵为主、综合治理”为原则,通过超前地质预报探明掌子面前方富水破碎情况.对富水破碎带实施注浆进行防水.并于破 碎带中线布置排水孔进行适当排水;通过非线性有限元软件ADINA分别对全断面法、台阶法和分部开挖法进行开挖模拟.对比分析不同开挖 方法下的地层沉降、锚杆轴力变化等方面。结合数值模拟结果,考虑到各种开挖方法施工安全性与对掌子面稳定性影响.乐园隧道围岩破碎带 采用台阶法施工实际意义最大 【关键词】乐园隧道;富水破碎围岩;防排水;ADINA;开挖方法 【Abstract]Based on the case project of Leyuan tunnel,we studyed how to select the reasonable measure of waterproof and drainage and the optimal excavation method of tunnel when the surrounding rock broken and the water rich;“Plugging dominantly and treating synthetically”is chose to be the principle to the waterproof and drainage of tunne1.Proving the situation of water rich and broken of surrounding rock in front of the tunnel face through geological forecast,and then proceeding pouring to the disease area.In addition,decorating some drainage holes in the middle of the disease area to let out some water;Simulating the excavation of tunnel by the method of entire section method,bench method and partial excavation method through the nonlinear finite element software ADINA.Analysis of subsidence of strata and bolt axial force in different working conditions.In combination with the result of numerical analysis,and considering the security of working and the influence to the stability of tunnel face,the most meaningful working condition to the surrounding rock which is broken is bench method. 【Key words]Leyuan tunnel;The surrounding rock which is broken and water irch;Waterproof and drainage;ADINA;Excavation method 5 j 3 i 0引言 采用全断面法开挖后地层竖向位移、横向地表沉降随时间变化关 0 5 O 我国是个多山国家.随着国家发展及西部发开发战略的推进.目 系、纵向地表沉降随时间变化关系以及隧道开挖完成后锚杆轴力情况 前国内拟建或在建交通土建工程越来越多.山岭隧道作为交通工程不 分别如图1~图2所示: 可或缺的重要组成部分,经常会遇到富水破碎地层.围岩完整性差、强 度低、含水量大,隧道开挖后容易产生塌方、突泥、突水等灾害,造成安 全事故 选择不同的施工工艺会对隧道开挖安全性、经济性等造成很 大影响.因此.对隧道富水破碎围岩合理防排水措施和施工工法的研 究成为必要 1工程概况 乐园隧道属于叙大铁路f叙永县一大村镇)重点控制性工程。位 于四川盆地西南部.行政区属泸州市古蔺县箭竹乡及德耀镇 乐园 隧道进口位于古蔺县箭竹乡.出口位于古蔺县德耀镇.隧道全长 ⅨSf ● 8555m。 隧址区地表水及地下水较丰富.进口段泥灰岩浅部风化较强,裂 图1 隧道横向地表沉降随时间变化曲线图 隙发育,局部夹盐溶角砾岩,溶蚀作用较强烈,富水性较好。隧道V级 围岩所占比例为6.9%.IV级围岩所占比例为35.1%,Ⅲ级围岩所占比 一lllII-●_-●■一■■_一一 ■一_-●●●■-■■● 7 ●i+.●...●.●i i 例58%,围岩总体较好,但在进出15、向斜核部、溶蚀发育及岩性变化 ●+.+●.●等地段围岩破碎,完整性差。含水量大,施工风险大。 篇篇嚣嚣 黑 嚣篇篇 享誊2乐园隧道破碎带施工工法ADINA数值模拟 2.1计算方案确定及模型建立 根据乐园隧道施工阶段实际形态.在综合分析隧道穿越坡隧道纵 断面图及地质资料基础上.选择最不利工况建立数值模拟模型.本文 选取DK26+840~DK26+940这100米V级围岩作为开挖模拟试验段。 采用大型通用有限元计算分析仿真平台ADINA对上述试验段进 ⅨS1^ E 行开挖模拟.取全断面法、台阶法和分部开挖法三种开挖工况进行模 图2隧道纵向地表沉降随时间变化曲线图 拟 模拟分析计算采用地层一结构模型.假定隧道开挖前地层处于初 始平衡状态.最后所得分析结果是不同开挖工况下所产生的竖向位 通过上述计算结果可以看出.采用全断面法开挖时.随着隧道的 移、横向地表沉降随时间变化关系、纵向地表沉降随时间变化关系以 开挖,地表在隧道横向上形成“u”形沉降槽,没有隆起现象的发生;地 及隧道开挖完成后锚杆轴力情况。围岩等级为V级围岩。利用ADINA 表沉降值在隧道轴线处最大.依次向两边递减.最大沉降量为 软件单元独有的“刚度消逝”功能.设置围岩的应力释放系数为50%。 0.05227m;随着隧道的开挖,地表沉降逐渐增大,当隧道开挖至观测断 地层物理参数选取参考《乐园隧道工程地质勘察报告》和《铁路隧道设 面附近时,沉降量增加幅度最大.随着掌子面远离观测断面.沉降量趋 计规范》。 于稳定。随着隧道的开挖.地表在隧道纵向产生沉降,没有隆起现象的 2.2全断面法开挖 发生:隧道开挖过程中。远离它的地表面受其影响较小,产生的沉降量 2.2.1全断面法简介 较小,而对其附近的地层影响较大.产生较大的沉降量;通过开挖完成 全断面法是按照设计轮廓一次爆破成形.然后进行衬砌修建的施 后锚杆轴力图可以看出锚杆轴力从拱脚往上逐渐变大,至拱顶处轴力 工方法 施工过程中根据围岩稳定程度亦可以不设锚杆或设短锚杆. 最大,最大轴力为584393N。 也可先出碴.然后再施作初期支护.但一股仍先施作拱部初期支护,以 2.3台阶法开挖 防止应力集中而造成的围岩松动剥落 2.3.1台阶法简介 2.2.2开挖模拟计算 台阶法是将断面从上到下分成2个或者3个台阶分部进行开挖 的一种施工方法。根据台阶长度不同,可划分为长台阶法(上台阶超前 scienc¨e.&Technology Visi。n科技视界l 5 ‘匿翠N 0: j 0 5 .●●●.. 皇Ⅲ 3 iS ;5 O ● .篇嚣科技・探索・争鸣 Sc科ience&Te技ch视nology界  Vision 50m以上或大于5倍洞跨)、短台阶法(上台阶长度小于5倍但大于 1~1.5倍洞跨)和微台阶法(上台阶仅超前3~5ITI)三种,施工过程中采 用哪一种台阶法,要根据两个条件来决定:条件一是对初期支护形成 闭合断面时间要求,围岩越差,要求闭合时间越短:条件二是对上部断 面施工所采用的开挖、支护、出渣等机械设备需要施工场地大小的要 求 根据乐园隧道围岩性质和场地条件.本文选择最合适的短台阶法 进行开挖模拟。 2.3.2开挖模拟计算 采用短台阶法开挖后地层竖向位移、横向地表沉降随时间变化关 系、纵向地表沉降随时间变化关系以及隧道开挖完成后锚杆轴力情况 ・I=92.2 I鸡8 2 + 40 I=70. ・t=66.2 +t=522 *#48 2 {={d 2 *1=30,2 =26,2 l+}=22 2 t}=8.2 分别如图3一图4所示: ・i=40 2 -{ ∞2 + 36.2 * 4 2 +1=320 +l=∞0 ‘l=28.2 t=26.2 一_:24 2 }=弛2 +I=Z ̄O0 {{=憎2  l2 一p{4.2 + 12 2 一+:10.2 十 8,2 一f=62 —4 2 0JS TAN( ̄E 图3隧道横向地表沉降随时间变化曲线图 5100- 51.O・ 5120. 5130 -5140. 。5150. 5160. 5170. ‘。5180, 5190. .5200. 5210・ 5220. 5230. 0 14NC ̄ 图4隧道纵向地表沉降随时间变化曲线图 通过上述计算结果可以看出:采用短台阶法开挖时.随着隧道的 开挖,地表在隧道横向上形成“u”形沉降槽.没有隆起现象的发生:地 表沉降值在隧道轴线处最大.依次向两边递减.最大沉降量为 0.05230m:随着隧道的开挖.地表沉降逐渐增大.当隧道开挖至观测断 面附近时,沉降量增加幅度最大,随着掌子面远离观测断面.沉降量趋 于稳定:随着隧道的开挖,地表在隧道纵向产生沉降.没有隆起现象的 发生;隧道开挖过程中,远离它的地表面受其影响较小.产生的沉降量 较小,而对其附近的地层影响较大.产生较大的沉降量:通过开挖完成 后锚杆轴力图可以看出锚杆轴力从拱脚往上逐渐变大.至拱顶处轴力 最大,最大轴力为598293N。 2.4分部法开挖 2.4.1分部开挖法简介 分部开挖法是将隧道断面分部开挖逐步成型.一般包括环形开挖 留核心土法、单侧壁导坑法和双侧壁导坑法三种方法 乐园隧道为单 线隧道.故本文在进行分部开挖法开挖模拟时采用环形开挖留核心土 法,分五部开挖,即依次进行拱顶弧形导坑一左上台阶一右上台阶一 核心土一下台阶开挖支护 2.4.2模拟开挖计算 采用五部开挖法开挖后地层竖向位移、横向地表沉降随时间变化 关系、纵向地表沉降随时间变化关系如图5~图6所示: ・#9 2 — I 明0 +f=74.2 *t=70,2 + ̄--660 ’1=520 *+=48 2 }I=44.2 一i=30.2 -t=26 22 2 { 8 2 口 图5隧道横向地表沉降随时间变化曲线图 科技视界Science&Technology Vision 图6隧道纵向地表沉降随时间变化曲线图 通过上述计算结果可以看出:采用五部开挖法开挖时.随着隧道 的开挖.地表在隧道横向上形成“U”形沉降槽,没有隆起现象的发生: 地表沉降值在隧道轴线处最大.依次向两边递减,最大沉降量为 0.0523lm:随着隧道的开挖.地表沉降逐渐增大,当隧道开挖至观测断 面附近时.沉降量增加幅度最大.随着掌子面远离观测断面,沉降量趋 于稳定:●随着隧道的开挖..+*.+ ● ●..++ 地表在隧道纵向产生沉降.t+t★. 没有隆起现象的 发生:隧道开挖过程中.远离它的地表面受其影响较小,产生的沉降量 较小.而对其附近的地层影响较大,繁 露臻善鬻 产生较大的沉降量:通过开挖完成 后锚杆轴力图可以看出锚杆轴力从拱脚往上逐渐变大.至拱顶处轴力 最大,最大轴力为622309N。 通过模拟计算.可以看出无论采用哪一种开挖]_法.其地表沉降 位移与锚杆轴力变化趋势均相同。都是随着隧道开挖.地表在隧道横 向上形成“u”形沉降槽.且没有发生隆起现象.沉降在隧道轴线处最 大.原理隧道的地表面受开挖影响较小,而其附近地层所受影响较大。 锚杆轴力变化也是从拱脚处往上逐渐变大.至拱顶处最大 通过曲线 图可以看出.采用全断面法开挖时无论是最大沉降量还是最大轴力在 三种工法中均最小.但三种工法的最大沉降量相差不大.而全断面法 与短台阶法的最大沉降量和最大轴力相差不大.唯有五部开挖法最大 轴力与前两者相差较大 在实际选用何种开挖方法时还需结合现场具体文际情况.并结合 各种开挖工法实际使用过程中各自优缺点选择最优开挖工法.全断面 法、台阶法和分部开挖法各自优缺点如表1所示。 表1各施工工法优缺点对比表 从上表中可以看出对围岩稳定性最好的开挖方法是分部开挖法. 全断面法对围岩稳定性最不利.但数值模拟所得结论恰好相反.这主 要由两方面原因造成:一是乐园隧道属于单线铁路隧道,开挖断面较 小.对地层影响相对较小:二是这三种工法中全断面法所需爆破次数 最少,开挖次数也最少.而分部开挖法需多次开挖,因此对围岩的扰动 也对多,随着开挖次数的增多.围岩完整性也会越来越差,因此会出现 上述结果。 从开挖模拟结果和经济性来说,对于乐园隧道破碎带采用全断面 法最有利.但采用此法时掌子面断面过大,破碎岩块易掉块.且破碎围 岩易沿掌子面鼓出.对掌子面稳定性及施工安全均不利.而且采用全 断面法和短台阶法地层沉降量与锚杆轴力相似.冈此乐园隧道围岩破 碎带选择采用短台阶法进行开挖 3结论 采用有限元计算分析仿真平台ADINA对乐园隧道试验段分别进 行全断面法、短台阶法和五部开挖法数值模拟.可知三种开挖工法无 论地层沉降还是锚杆轴力变化规律均相同:随着隧道开挖,地表在隧 道横向上形成“u”形沉降槽 且没有发生隆起现象,沉降在隧道轴线 处最大,原理隧道的地表面受开挖影响较小,而其附近(下转第33页) 项目与i瞩 Sc科ience&Te技ch视nology界 Visio n 科技・探索・争鸣 2.3党支部及党员工作目标和考评办法切实可行 育考察.方可确定为发展对象。为了保证学生持续地学习党的各项政 要发挥好党支部的战斗堡垒作用和党员的先锋模范作用.就必须 策,关心时事、社会发展,关注学校工作,热心支部活动,在学生成为正 使党的工作有目标、有任务、有检查、有考评,合理核定党务工作量。党 式党员的各个培养阶段。会对学生相关知识的学习提出要求.学习内 支部工作考核的主要内容包括思想作风建设、组织建设、制度建设、党 容涉及到党和国家的国内外方针政策.学校的各项政策和活动.本学 员教育工作及党员发展工作等方面 党员考核的主要内容包括政治理 院的学生活动及本支部的各项活动.在开展党支部会议讨论之前.对 论学习、组织纪律观念、先锋模范作用及紧密联系群众等方面。考评可 学生的学习内容进行笔试和答辩相结合的方式进行考察.为了鼓励学 采用自我考评、民主测评和支部考核相结合的办法 生积极参加各项活动.要求学生结合自己在活动中的表现进行答辩 将教师党员必须要做的党务工作与班主任工作、教学工作相结 师生一体的党支部.突出了党支部建设与专业密切结合.发挥了 合.贯穿始终。为了充分发挥教师党员教书育人的作用.在确定班主任 教师党员在基层党组织建设中的主导作用.在基层党组织层面上实现 时,尽量将班级、班主任、党支部相对应;在安排教学工作时,尽量安排 了师生之间广泛而深入的交流。不仅师与生、教与学之间的矛盾更加 本支部的教师党员担任本支部班级的专业课教学 容易协调解决.而且师生之间更能相互理解、信任和支持.能更好地实 针对培养考察出现表面化、形式化的现象.细化和加强入党积极 现师生和谐.增强了党支部工作的针对性和有效性.有利于更好地完 分子及预备党员的教育培养和考察工作.坚持标准,规范程序.严格把 成党在高校的中心工作任务。● 握发展党员工作的程序中的几个重要环节。高校基层党组织从学生走 入校门开始,就要利用新生入学、军训等教育,为学生上好第一堂党 【参考文献】 课.吸收优秀学生参加 :从学生递交入党申请书后,通过党校培训和 [1]刘军.高校学生党员发展工作存在的问题及对策探析『J1.山东社会科学,2010,9. 考核.确定入党积极分子:吸收入党积极分子参加一些党的活动并分 [2]曹有光l高校师生一体的党支部工作模式研究叨.南京工程学院:社会科学版, 配一定的工作 如参加党校学习培训、参加讨论发展党员的支部大会、 2009,6. 参加新党员入党宣誓仪式、参加党内组织的有教育意义的其他活动 [3]孙伟勤溅谈如何做好高校学生党员发展工作IJ].赤峰学院学报:汉文哲学社 等:入党积极分子必须经过一年以上的培养教育。才能被党组织列为 会科学版.2010.9. 发展对象.入党积极分子被列为发展对象后.经过较长时间的培养教 [责任编辑:陈双芹] (上接第6页)地层所受影响较大,锚杆轴力变化也是从拱脚处往上逐 [9]李杰.8号斜井及正洞富水软弱破碎地质隧道施工技术【J1.铁道标准设计, 渐变大,至拱顶处最大。但采用全断面法沉降量最小,且锚杆轴力也最 2005,09:59—62 小.五部开挖法沉降量和锚杆轴力均最大.全断面法和台阶法两项比 [10]罗玉虎,李丹,刘亮,胡礼忠.摩天岭隧道涌水原因分析及处治措施【J】.地下 较指标相近.结合实际各自开挖特点及对施工安全性.乐园隧道围岩 空间与工程学报.2011.02:408—412. 破碎带采用短台阶法进行开挖。e [11]中华人民共和国行业标准编写组.TB10204—2002铁路隧道施工规范fS】.北 京:中国铁道出版社. 【参考文献】 [12]王伟锋,毕俊丽.软岩浅埋隧道施工工法比选明.岩土力学,2007,S1:430— 436. [1]刘光明.软弱破碎围岩隧道大变形机理及控制措施研究fD1.中南大学,2012. fl3]翟守俊,王文学,胡巍,吴慧蕾.基于ADINA的动压影响下巷道围岩稳定性 [2]李燕生.复杂地质条件下彭水隧道施。E陵术研究[D1.天津大学,2006. 数值分析【JIl能源技术与管理,2011,O1:25—26. [3]陈其亮墒水隧道施工技术控制方法『J1_山西建筑,2012,29:208—209 [4]宋金峰.圆梁山隧道注浆堵水方案及施工技术研究 ].中国地质大学(北 『14]:E鹰,陈强.魏有仪,王华.红外探测技术在圆梁山隧道突水预报中的应用 岩石力学与工程学报,2003,05:855—857. 京).2011. [5]张松.关山隧道富水断层破碎围岩施工技术研究_J1l中国新技术新产品, [15]Barenblett G,et al Basic concepts in the theory of seepage of homogeneous liquids in ifssured roeksO].J.apO.Meeh,Eng1.Transl,1 960 ̄). 2012,21:108. [6]李世才桃树坪隧道富水未成岩粉细砂试验段施工技术叨.现代隧道技术. [16]Louis C.Rock hydraulics in rock mechanics【M]Edited by LMuller Verlay Wien,New York,1974 2012,04:111-119,139. [7]孟君祥.乌鞘岭特长隧道注浆堵水施工技术研究【J1l铁道建筑技术,2007,03: [17]Snow DT.Anisotropic permeability offractured media[Z】.Water Resource Res, 1969,5. 52—54 『8]张成平,张顶立,王梦恕,项彦勇.高水压富水区隧道限排衬砌注浆圈合理参 数研究L『1l岩石力学与丁程学报,2007,11:2270—2276. [责任编辑:王静] 《上接第28页)12月18日至19日在美国首都华盛顿举行,贸易纠纷 过长,就会改变句子的重心,导致语篇结构松散,影响读者的理解。鉴 以及美国的财政悬崖有望成为此次会议的首要议题 于此,该译文对语序上做一定的调整,保持了汉语的连甫l睦。 译文势必要兼顾目的语读者的审美、思维、行文等方面的传统习 惯.若在译文中生硬移植这些信息.有时很难为译文读者所理解。例5 5结语 的译文则充分考虑到了汉语的语言结构模式.在不损害原意的基础 图式理论揭示了翻译的实质.在翻译实践活动中图式知识起着不 上.对原文的结构进行适当调整,从而使译文更符合汉语的表达习惯。 可估量的作用。在新闻译中,译者要不断扩充、丰富自身的图式知识, 在句式中较多地使用插入语是新闻报道文体的另一个特征。插入 对原文中的语言图式、内容图式和结构图式进行充分准确的解码,并 语在汉语中的使用并不像在英语中那么广泛.因此,在翻译插入语时, 对其用目的语进行恰到好处的再编码.才能使译文读者最大限度的享 必须考虑汉语的语篇特征.不能生硬的直译 例6:1’l1e Japanese yen—which has lost almost a quarter of its value 受到原文读者的感受,达到传递信息的目的。e against the dollar since October,amid expectations the Bank of Japan 【参考文献J would buy more assets in a bid to reverse years of falling prices-rose [1]周遂.图式理论与二语写作硼-夕h语与外语教学,2005(2):21—24. 1.6%in its sharpest advance since Feb.25.Wall Street Journa1.Apr. [2]刘明东,刘宽平.图式翻译漫谈 .外语教学,2004(4):50—52. 15,2013 [3]冯素芳.翻译中的文化缺省与补偿Ⅲ.运城学院学报,2010(6):93—95. 译:自10月份以来对美元价格已经下跌近四分之一的日元,因日 [4]黄晓.浅谈图式理论在商务英语翻译中的应用m西南民族大学学报:人文社 本银行将买人更多资产以扭转多年跌势的预期而上涨了1.6%.为2 会科学版.2012(S1):81—83. 月25日以来最大涨幅 在英语中.插入语无论多长,都在次要位置。但在汉语中如插入语 [责任编辑:王静] Science&Technology Vision科技视界J 33 I 

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