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1雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖的數(shù)值模擬分析
1.1模型計(jì)算范圍的建立
計(jì)算范圍:模型上邊界至地表,隧道頂部覆土層厚度按16m選取,下邊界到隧道底部取為15.65m,約為2.5D(D為隧道直徑,D=6.35m),模型縱向沿隧道軸線長度取為50m,橫向取至距隧道中線兩側(cè)各4D,這樣整個(gè)模型尺寸長為50m,寬為70m,高為38m。選取的模型尺寸足以考慮隧道施工擾動(dòng)的影響范圍。模型的選取:模擬選取空模型實(shí)現(xiàn)土方開挖過程的模擬,巖土體材料采用塑性摩爾—庫侖模型模擬,預(yù)支護(hù)、初次襯砌、二次襯砌采用彈性本構(gòu)模型模擬,變形模式采用大應(yīng)變變形模式進(jìn)行計(jì)算。
1.2雙側(cè)壁導(dǎo)坑法模型分析
模型的整個(gè)部分采用實(shí)體單元建模,共劃分173829個(gè)實(shí)體單元,142536個(gè)實(shí)體單元節(jié)點(diǎn)。
1.3計(jì)算結(jié)果分析
將數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)測結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,一方面,可以驗(yàn)證數(shù)值模擬的正確性;另一方面,通過數(shù)值模擬結(jié)果可以分析隧道開挖過程中拱頂位移與水平位移的變形規(guī)律2雙側(cè)壁導(dǎo)坑法實(shí)測數(shù)據(jù)回歸分析根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)繪出的表格與常用的非線性函數(shù)圖形進(jìn)行比較,得到指數(shù)模型函數(shù)最適合。對(duì)此指數(shù)函數(shù)線性化,方法如下:ln(u/a)=-b/tlnu=lna+b(-1/t)令u''''=lnut''''=-1{/t,則得到:u''''=lna+bt''''(2)式(1)則是式(2)線性化的直線方程,其參數(shù)的確定可按線性回歸的方法確定。通過Excel回歸分析計(jì)算后得到:拱頂沉降位移:判定系數(shù):r=0.9896,截距:lna=3.807677,則a=24.9617;b=1.2467。得到u=24.9617×e-1.2467/t。ZK29+580拱頂下沉量測數(shù)據(jù)的處理與回歸分析
1)推算出最終下沉值Umax=30.0403mm;
2)推算出基本穩(wěn)定時(shí)間:初測時(shí)間為2010年1月11日,預(yù)計(jì)第15天以后,拱頂累計(jì)下沉達(dá)24.95mm,下沉率達(dá)83.16%≥80%;下沉速度為0.15mm/d≤0.2mm/d,故拱頂下沉基本穩(wěn)定。拱腰水平位移:判定系數(shù):r=0.9960,截距:lna=1.808677,則a=6.0985;b=1.0073。得到:u=6.0985×e-1.0073/t。ZK29+580兩幫收斂量測數(shù)據(jù)的處理與回歸分析。
3)推算出最終收斂值Umax=6.9040mm2)推算出基本穩(wěn)定時(shí)間:初測時(shí)間為2010年1月24日,預(yù)計(jì)第14天以后,周邊收斂累計(jì)達(dá)6.031mm,下沉率達(dá)87.40%≥80%;下沉速度為0.03mm/d≤0.2mm/d,故圍巖基本穩(wěn)定。回歸分析與監(jiān)測數(shù)據(jù)大體相同,但由于回歸方程是基于線性關(guān)系的數(shù)學(xué)模型,而具體情況多變,大多是以非線性關(guān)系存在,而回歸方程是將已有監(jiān)測數(shù)據(jù)擬合成線性函數(shù)方程,因此通過回歸方程得到的數(shù)據(jù)會(huì)和現(xiàn)實(shí)監(jiān)測存在誤差,只能預(yù)測大概位移變化值。
2結(jié)語
1)對(duì)隧道施工過程中的監(jiān)控量測做了簡要分析,并對(duì)選取的典型斷面得到的監(jiān)控量測數(shù)據(jù)做了回歸分析,得出雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的拱頂沉降和兩幫收斂值的回歸分析結(jié)果分別為30.0403mm和6.904mm;
2)對(duì)比分析了監(jiān)測數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結(jié)果,得出了模擬值偏小的原因,但是把數(shù)值模擬得到的結(jié)果進(jìn)行增大,乘以安全系數(shù)1.1~1.2就可以在安全的范圍去指導(dǎo)工程實(shí)踐,用來幫助分析施工前對(duì)隧道的圍巖穩(wěn)定性以及周圍環(huán)境影響的提前可預(yù)見性。
作者:鐘濤單位:鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司