文档介绍：铁道建筑
年第期
2010 5 Railway Engineering 31
文章编号1003-1995201005-0031-03
超大断面黄土隧道 CRD 法开挖的三维有限元分析
薛富春1 ,马建林1 ,颜利平2 ,赵永明3 ,刘智毅1 ,程琴辉1
1. 西南交通大学土木工程学院,成都 610031 2. 洛杉矶市水电局,美国加州 90012
3. 中铁二十三局集团有限公司,成都 610031
摘要进口位于湿陷性砂质黄土中的凤凰岭隧道,开挖面积达 170 m2 ,由于开挖难度巨大,采用了 CRD
法开挖技术。运用“PLAXIS 3D Tunnel”三维有限元程序,对 CRD 法的开挖过程进行了模拟,并考虑了
降雨对隧道开挖的影响。计算得出了地表沉降和拱顶下沉,与现场实测值进行了对比分析。此外还得
到了初衬结构的轴力、弯矩和锚杆轴力等。计算结果表明,拱顶部位一定范围的锚杆承受压力,且绝对
值很小,反映出锚杆作用不大。计算的安全系数表明了开挖过程中整个隧道系统的最不利阶段,也反映
了降雨对隧道开挖的显著影响。
关键词隧道安全系数 CRD 开挖方法三维有限元湿陷性黄土
中图分类号U455. 4 文献标识码A
郑州至西安铁路客运专线,全长,是我面分别为第四系上更新统 eol3 风积砂质黄土和第四
458. 8 km Q3
国在黄土地区新建的设计时速为的第一条系中更新统 eol3 风积砂质黄土为了模拟开挖期间
350 km / h Q2 。
铁路客运专线,也是世界上第一条黄土地区高速铁路。的降雨,增加了一层土体,称为 eol3 ,其土性参数
Q3 Rf
预计 2009 年底建成投入运营。可依据经验从 eol3 进行适当折减得到
Q3 。
凤凰岭隧道位于陕西省华阴市境内,为双线黄土
假定所有土体服从莫尔-库伦准则,它们均为排水
隧道,起讫里程为,全长
DK349 + 776 ~ DK350 + 615 材料,其参数见表 1。
按设计,采用法开挖的长度有,该
839 m。 CRD 110 m 表 1 土性参数
段为级黄土围岩隧道开挖面积 2 ,为国内已
V 。 170 m 重度变形模量黏聚力摩擦角
建成的最大公路黄土隧道 2 的倍,在国内无泊松比
105 m 1. 6 名称
γ unsat E ref c φ R inter
μ
先例,也没有任何经验可借鉴 2
。/ kN / m3 / kN / m2 / kN / m / °
,
对于如此大断面隧道的开挖将面临诸多风险。 eol3
Q2 17. 85 0. 35 1. 68E4 22. 30 25 1. 0
开挖和支护稍有不当,容易导致变形过大,严重时可能 eol3
Q3 17. 05 0. 36 1. 45E4 20. 30 23 0. 8
, , eol3
引起塌方延误工期。隧道位于砂质黄土地层中如何 Q3 Rf 18. 00 0. 39 3. 62E3 10. 15 17 1. 0
保障隧道的施工安全是工程成败的关键问题之一注是界面折减系数,详见下文
。 R inter 。
在没有实践经验的前提下,运用数值方法模拟隧 2 临时支撑参数临时支