埋深条件分析

如题所述

(1)计算参数

某小净距隧道的最大埋深为135m,为使研究更具一般意义将埋深范围适当扩大,设计系列埋深:180m、120m、90m、60m和30m,研究埋深变化对小净距隧道围岩应力和位移分布及稳定性的影响规律。计算采用的洞形为图3.7中的设计洞形,映射函数系数同表3.2,计算力学模型同3.4节中的图3.8,净距为0.8B,围岩级别为Ⅳ,容重γ为20kN/m3,泊松比μ为0.35,变形模量E为1.6GPa。根据上述参数,可计算边界条件参数和其他参数(表3.4)。

图3.13 各洞形洞周位移

表3.4 边界条件及其他参数

(2)围岩应力分析

图3.14 埋深180m时隧道围岩应力等值线

图3.14为埋深180m时小净距隧道开挖后的σx、σy和τxy三幅应力等值线图。由图知σy的最大值为11.1MPa,位置在中岩柱两侧的拱脚至拱腰之间;左洞左侧和右洞右侧的拱脚至拱腰部位的σy值也较大,最大值达9.8MPa;整个中岩柱部位σy值从4.6MPa至11.1MPa的面积远大于左右洞另外两侧;σy最小值在拱顶和拱底部位,且距离洞周越远应力值越大。σx最大值在中岩柱两侧下雁形部(拱脚),达3.8MPa;除拱脚和拱顶附近围岩的σx由洞周向外是逐渐减小的,洞周其他部位附近围岩的σx由洞周向外是逐渐增大的。τxy的分布规律为在拱脚拱肩附近值较大,且由洞周向外逐渐减小;其他部位的τxy值较小,且洞周围岩存在τxy为0的等值线。

从围岩稳定性角度看,埋深180m时,围岩稳定性最不利部位为中岩柱特别是下雁形部,其次为另外侧拱腰至拱脚处。对不同埋深的小净距隧道围岩稳定性进行比较,仅给出洞周特征点环向应力分布,图3.15为洞周15个特征点位置分布示意,图3.16为特征点环向应力。

图3.15 隧道左洞洞周特征点位置

图3.16 不同埋深条件的洞周环向应力分布

由图知埋深对小净距隧道围岩环向应力影响较大,埋深180m时最大环向应力为12.3MPa,120m时为8.2MPa、90m时为6.1MPa、60m时为4.1MPa,而埋深30m时最大环向应力为2.1MPa,由此看出洞周环向最大应力与埋深近似呈正比例关系,与小净距隧道围岩应力解析解的线弹性计算假设条件是基本吻合的。各种埋深条件下,最大环向应力的部位均在中岩柱拱腰下方;最小环向应力均在拱顶和拱底。另外,洞室另外侧拱腰下方的环向应力也较大,仅次于中岩柱侧。总体来说,在其他工况条件相同及采用线弹性计算模型情况下,埋深越大围岩稳定性越差。

(3)围岩位移分析

图3.17是埋深180m时小净距隧道水平方向和竖直方向位移等值线。由图知竖向和水平位移的最大值均出现在洞周,分别为25.5mm和5.6mm;距离洞周越远位移逐渐减小;在两洞室的竖向中心线位置围岩的水平位移为0。图3.18为四种埋深条件下小净距隧道洞周各特征点竖向和水平位移。

图3.17 埋深180m时隧道开挖后位移等值线

由图3.18知埋深为180m、120m、90m、60m和30m时,洞周水平最大位移分别为6.3mm、4.2mm、3.1mm、2.0mm和0.9mm;洞周竖向最大位移分别为27.9mm、18.1mm、13.2mm、8.5mm和4.0mm。四种埋深条件下洞周水平位移和竖向位移的位置都是一致的,分别为另外侧拱腰和拱顶,拱底位移略小于拱顶。总的来说,在其他工况条件相同的前提下埋深越深围岩稳定性越差,和应力分析的结果是一致的。

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