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重庆北右联络线隧道施工对中梁山隧道主洞的影响分析.docx

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重庆 联络 隧道 施工 梁山 影响 分析
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重庆北右联络线隧道施工对中梁山隧道主洞的影响分析中铁十七局集团成渝铁路客运专线项目经理部一分部 王毅远【摘要】新中梁山右线隧道于 YDK293+050 处引出重庆北右联络线隧道,考虑新中梁山右线隧道及重庆北右联络线, YDK292+987~YDK293+240 段设置大跨段,其中YDK293+240~YDK293+275 段为两隧道并行段,净间距仅 0.8~2.5m,两隧施工存在时间上的先后顺序,在后面隧道施工时对先施工隧道的支护及二衬均会产生较大影响,且两隧间小净距岩柱稳定性问题也尤为突出,本文就后面隧道施工时对先施工隧道的影响以及中间岩柱是否稳定进行建模分析,并根据分析结果提出建议措施。【关键词】大跨段 小净距岩柱 稳定性 分析 建议措施一、工程简介新中梁山右线隧道于 YDK293+050 处引出重庆北右联络线隧道,起点里程CBLYDK0+000=YDK293+050,考虑新中梁山右线隧道及重庆北右联络线,YDK292+987~YDK293+240 段采用大跨段衬砌,其第一段大跨度段施工工法为双侧壁导坑法,施工顺序为①施工新中梁山正洞至大跨起点位置,②通过该工作面施工大跨段的右侧导坑部分,③通过横通道施工重庆北右联络线横通道至大跨起点部分,④通过重庆北右联络线施工大跨段的左侧导坑部分。施工顺序见图 1 大跨段施工新中梁山隧道与联络线隧道平面示意图。根据施工方案和安排,新中梁山右线隧道先行施工,待联络线施工时对应新中梁山右线隧道初期支护、二次衬砌已经施工完毕。图 1 大跨段施工新中梁山隧道与联络线隧道平面示意图二、计算分析方法本次隧道开挖研究采用 ansys 大型通用有限元仿真模拟软件,通过对新中梁山右线隧道正线及重庆北右联络线隧道建模,对重庆北右联络线隧道开挖过程中对新中梁山隧道的影响以及中间岩柱的稳定性、安全性进行分析。在建模过程中,二维模型中喷射混凝土、围岩、加固区采用三维实体结构模型单元 solid42 模拟,临时支撑 H 型钢支护体系采用空间梁单元 beam3 模拟,锚杆采用单元 Link1 模拟,二次衬砌采用 beam3 模拟。通过综合分析评估本工程的安全性和可行性,并提出合理的建议。三、计算分析内容1、重庆北右联络线隧道开挖时对新中梁山隧道产生的影响;2、重庆北右联络线隧道开挖时中间岩柱的稳定性及安全分析。四、工程地质情况本隧道通过地段位于中梁山山脉中部,中梁山位于四川盆地的东南部,属嘉陵江、长江侵蚀河谷发育的低山丘陵地区,地形受构造及岩性的控制,在观音峡背斜两翼,可溶岩与砂、泥页岩相间分布,形成北北东向延伸的三条平行山脊(山岭)和两条岩溶槽谷相间的“笔架形”平行岭谷地貌景观。本大跨段地层岩性主要为白云岩、白云质灰岩夹石膏、岩溶角砾岩。石膏为软层,具膨胀性;岩溶角砾岩胶结较差,部分呈碎块状,遇水易软化崩解。主要计算参数见表 1表 1 岩土物理力学指标推荐值边坡率岩性代号 岩土名称时代成因潮湿及风化程度天然密度(g/cm3)黏聚力C(kpa)内摩擦角Φ(°)钻孔灌注桩桩周极限摩阻力fi(kPa)岩石单轴饱和极限抗压强度Rb(MPa)基底摩擦系数 f 临时 m′ 永久 m基本承载力 σ0(kpa)W4 2.00 20 18 60 / 0.30 1:1 1:1.25~ 1:1.5 200W3 2.10 / 35 120 / 0.40 1:1 1:1~ 1:1.25 300 泥页岩夹砂岩及薄煤层 T3xj1W2 2.50 / 45 150 4.5 0.45 1:0.75 1:0.75~ 1:1 450W4 2.00 25 20 60 0.35 1:1 1:1.25 200W3 2.40 45 180 0.40 1:0.5 1:0.75 400白云岩、灰岩夹石膏、盐溶角砾岩T2lW2 2.60 55 22 0.50 1:0.3 1:0.5 600W4 2.00 25 20 60 0.35 1:1 1:1.25 200W3 2.40 45 180 0.40 1:0.5 1:0.75 400白云岩、白云质灰岩夹石膏、盐溶角砾岩T1j4W2 2.60 55 22 0.50 1:0.3 1:0.5 600W4 2.00 25 20 60 0.35 1:1 1:1.25 200W3 2.40 45 180 0.45 1:0.5 1:0.75 400 灰岩夹白云 质灰岩 T1j3W2 2.70 60 25 0.60 1:0.3 1:0.5 700W4 2.00 25 20 60 0.35 1:1 1:1.25 200W3 2.40 45 180 0.40 1:0.5 1:0.75 400白云岩、白云质灰岩夹石膏、盐溶角砾岩T1j2W2 2.60 55 22 0.50 1:0.3 1:0.5 600五、计算分析1、根据施工顺序安排,其分析步骤如下:第一步:模拟初始地应力场;第二步:正洞上台阶开挖;第三步:正洞上台阶支护;第四步:正洞下台阶开挖;第五步:正洞下台阶支护;第六步: 正洞二衬施作;第七步:联络线上台阶开挖;第八步:联络线上台阶支护;第九步:联络线下台阶开挖;第十步:联络线下台阶支护;第十一步:联络线二衬施作。主洞隧道模拟有限元模型见图 2。图 2 主洞有限元模型2、结果分析(1)初支应力分析S1 1.42 S3 -10.5第三步S1 5.12 S3 -5.64第四步S1 0.878 S3 -6.87第五步S1 0.435 S3 -7.5第六步S1 1.35 S3 -15.7第七步S1 2.45 S3 -16.4第八步S1 8.03 S3 -17.9第九步S1 2.06 S3 -18.0第十步S1 2.06 S3 -18.0第十一步注:1、表中所标应力值单位为 Mpa;2、表中 S1、S2 中所标值分别为 S1 最大值,S3 最小值;(2)锚杆受力分析最大值 23.7 最小值 0.351第三步最大值 31. 123 最小值 0.698第四步最大值 36.599 最小值 0.695第五步最大值 40.23 最小值 0.306第六步最大值 60.406 最小值 -26.7第七步最大值 67.605 最小值 -26.361第八步最大值 63.82 最小值 -28.79第九步最大值 67.77 最小值 27.869第十步最大值 69.997 最小值 -25.818第十一步注:1、表中所标轴力值单位为 kN; (3)二衬受力分析最大值 50.902 最小值 -43.902第六步最大值 291 最小值 -276第七步最大值 200 最小值 -255第八步最大值 423 最小值 -694第九步最大值 589 最小值 -840第十步最大值 669 最小值 -951第十一步注:1、表中所标弯矩值单位为 kN•m; 3、锚杆验算锚杆长度公式为(5-1)cdKNLf其中:K—安全系数,此处安全系数K= 2.2;N—锚杆轴向拉力;d—锚杆直径;fcd—地层与锚固体强度特征值。根据 ANSYS 分析得,锚杆轴向拉力为 N=69.99KN,锚杆直径 d=22mm,强度特征系数 fcd=400Kpa。将以上数据代入式 5-1 可得 L=5.57m。设计锚杆长度为 L=3.0m,故锚杆不符合要求。4、分析小结(1)由初支应力分析可知,S3 最小主应力为 18.0Mpa,但应力变化最大发生在小洞开挖阶段,可见此处开挖对最为危险,对支护要求极大。(2)S1 最大最为 8.03Mpa,出现在小洞下台阶开挖阶段。小洞下台阶开挖对大洞支护及自身的初支受力增加,且影响较大。(3)小洞开挖后,大洞二衬弯矩明显增大,可见小洞的开挖对大洞影响很大。5、加强以下措施重新进行分析验算(1)对中间岩柱进行注浆加固(2)增强锚杆,将原设计锚杆增长至 4.5m,且在联络线开挖时利用既有正洞锚杆与联络线钢架进行有效连接,形成对拉趋势;(3)增强联络线初期支护,采用 I16 型钢钢架。经注浆加固、增强锚杆等措施后,锚杆轴力、二衬弯矩明显减小。同时,初期支护的受拉应力减小显著,有利用于混凝土的受力。六、结论与建议措施1、结论(1)联络通道与隧道间间距较小,其施工对隧道及自身的影响都比较大,主要体现在初支受拉影响较大。(2)联络通道与隧道间间距较小,在施工联络通道时,部分隧道支护锚杆失效。2、施工时建议措施(1)增加锚杆长度,建议增长至 4.5m,加强锚杆作用范围。(2)进行超前支护,提高围岩的自稳能力。
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