三联隧道侧壁导坑施工结构安全性分析。
1 导坑结构。
导坑结构尺寸如图所示:
图1 导坑结构尺寸图(单位:m)
2 计算模型。
根据导坑尺寸,取围岩宽度及高度均为40m,以平面模型考虑,纵向取1m,建成计算模型如图2所示:
图2 计算模型。
模型底部采用固定约束,上部施加等效荷载(按150m埋深考虑),两端边界沿x方向(横向)及z方向(纵向)固定约束。本文采用摩尔-库仑塑性本构模型进行模拟分析,由于钢拱架与初喷砼共同构成支护体系,因此,模拟计算时通过等效弹模换算公式(其中下标e表示等效量,下标c表示砼,下标s表示钢架,a为横截面积,e为弹模)把钢拱架弹模等效到初支砼里形成等效喷射砼层。
表1 围岩及支护材料参数表。
3 结果分析。
通过模拟计算,得出围岩及等效喷层位移及应力分布如以下各图所示:
图3围岩及等效喷层竖向位移图。
图4围岩及等效喷层水平位移图。
图5 围岩及等效喷层(初支)最大主应力分布图。
由以上各图可看出,在围岩应力作用下,初支结构发生水平及竖向变形,最大下沉变形发生在导坑顶部,最大约为8~10mm,而在导坑底部则发生较大的凸起,最大值约为12~15mm,最大水平收敛发生在导坑结构边墙中部靠上位置,单边收敛约为20mm,从围岩及等效喷层(初支)最大主应力分布图可看出,在导坑结构边墙及坑底中间位置主要受拉,最大拉应力约为0.5~0.6mpa,其余位置主要受压,最大压应力发生在导坑下部边角接触处,约为4~5mpa,低于c25喷砼的极限抗拉强度(为2mpa)及抗压强度(为24.
2mpa)。
通过以上分析可得出,在本文所示的导坑形状下,从结构变形看,导坑整体变形不大,但其边墙及坑底中间位置是变形控制的重点,从结构受力看,初支结构受力均较小,在安全范围内,但坑底边角易产生压应力集中,在导坑结构边墙及坑底中间位置受拉,应重点关注。
本文在计算中把围岩看成平面均匀介质,各参数是基于规范及工程经验所取,鉴于现场实际地质情况的复杂多变形性,本文计算结果仅供参考。
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