力小于 內(nèi)側(cè),側(cè)向壓力大于內(nèi)側(cè),偏壓效應(yīng)明顯。由于左右洞的不對(duì)稱特性,后行洞內(nèi)側(cè)豎向壓力 大于先行洞內(nèi)側(cè)。
[0083] 中夾巖柱厚度的影響
[0084]根據(jù)本文推導(dǎo)公式可W求得隧道±壓力荷載隨中夾巖柱厚度變化的曲線如圖 5(a)-5(b)所示。可W看出,中夾巖柱厚度對(duì)左右洞外側(cè)上壓力荷載基本沒有影響,而對(duì)內(nèi) 側(cè)影響較為明顯。隨著中夾巖柱厚度的增大,后行洞內(nèi)側(cè)豎向壓力不斷減小,而側(cè)向壓力則 不斷增大;先行洞內(nèi)側(cè)豎向壓力先減小后增大并趨于穩(wěn)定,而側(cè)向壓力先增大后減小并趨 于穩(wěn)定;鑒于豎向壓力明顯大于側(cè)向壓力,因此從理論上存在合理中夾巖柱厚度。
[00化]開挖跨度的影響
[0086]僅改變先行洞開挖跨度,根據(jù)本文推導(dǎo)公式可W求得隧道±壓力荷載的變化曲線 如圖6 (a)-6化)所示??蒞看出,先行洞開挖跨度改變對(duì)后行洞外側(cè)豎向與側(cè)向壓力,W及 先行洞外側(cè)側(cè)向壓力基本沒有影響;隨著先行洞開挖跨度的增大,先行洞內(nèi)外側(cè)、后行洞內(nèi) 側(cè)豎向應(yīng)力均不斷增大;而后行洞內(nèi)側(cè)側(cè)向壓力不斷減小。理論與工程經(jīng)驗(yàn)均表明,隧道開 挖跨度的增大勢(shì)必越造成其上方巖±體形成滑移破裂范圍的擴(kuò)大。
[0087]開挖高度的影響
[008引僅改變后行洞開挖高度,根據(jù)本文推導(dǎo)公式可W求得隧道±壓力荷載的變化曲線 如圖7所示。可W看出,隨著后行洞開挖高度的增大,先行洞內(nèi)外側(cè)豎向及側(cè)向壓力保持不 變,即后行洞開挖高度的變化對(duì)先行洞±壓力荷載無影響;而后行洞內(nèi)外側(cè)豎向及側(cè)向壓 力隨后行洞開挖高度的增大而減小,且近似呈線性變化。值得指出的是,當(dāng)左右洞開挖高度 相等,其內(nèi)外側(cè)側(cè)向壓力也基本相等,由于先行洞開挖跨度大于后行洞開挖跨度,則先行洞 內(nèi)外側(cè)豎向±壓力荷載均大于后行洞。
[0089] 工程實(shí)例一
[0090] 取隧道K70+520斷面,該處屬V級(jí)圍巖,左、右洞埋深分別約為10m和13m,左、 右洞開挖跨度分別為12. 74m和12. 94m,凈距為4. 31m,開挖高度約為9m,計(jì)算內(nèi)摩擦角 恥=45%內(nèi)摩擦角0 =27。,圍巖重度丫 = 18kN/m3。該隧道施工中先行開挖左洞。
[0091] 根據(jù)本文推導(dǎo)公式可W求得該監(jiān)測(cè)斷面的±壓力荷載,將計(jì)算結(jié)果沿隧道開挖輪 廓線進(jìn)行疊加,得到計(jì)算±壓力荷載沿洞周的分布,并與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,如圖8所 /J、- 〇
[009引工程實(shí)例二
[009引海底隧道陸域小間距段最小間距為25畑1,左洞寬15. 82m,高11. 89m,右洞寬 11.8m,高9. 67m,該斷面屬V級(jí)圍巖,計(jì)算內(nèi)摩擦角化=45°,內(nèi)摩擦角0 =27°,隧道埋 深18m,圍巖重度丫 =18kN/m3。工程實(shí)踐中首先開挖左洞。同樣采用本文推導(dǎo)公式可得 到理論計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比圖,如圖9所示。
[0094] 由圖8和圖9可W看出,除個(gè)別測(cè)點(diǎn)夕^,±壓力荷載計(jì)算結(jié)果要大于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié) 果,即計(jì)算結(jié)果很好的包絡(luò)了實(shí)測(cè)結(jié)果。對(duì)于工程實(shí)例一,中隔墻兩側(cè)的實(shí)測(cè)±壓力荷載要 顯著大于計(jì)算結(jié)果,分析認(rèn)為工程中采用了對(duì)拉注漿錯(cuò)桿加固中夾巖柱,造成了中隔墻兩 側(cè)±壓力荷載的增大。對(duì)于工程實(shí)例二,兩種數(shù)據(jù)之間雖然存在一定的差值,但其空間分布 規(guī)律基本一致,均表表現(xiàn)出中隔墻處上壓力荷載明顯大于相鄰拱肩處??紤]到現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù) 據(jù)受諸多因素的影響,如依托工程中采用了強(qiáng)大的超前支護(hù),改善了圍巖條件,從而降低了 ±壓力荷載,且現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果多是相對(duì)于量測(cè)開始時(shí)的應(yīng)力變化,并非結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀 態(tài)??傊?,按本文推導(dǎo)公式計(jì)算得到的±壓力荷載與實(shí)測(cè)值基本吻合,充分證明了本文推導(dǎo) 公式的合理性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種淺埋非對(duì)稱小間距隧道土壓力荷載計(jì)算方法,其特征在于:該計(jì)算方法是依據(jù) 隧道設(shè)計(jì)規(guī)范中荷載計(jì)算方法和小間距隧道土壓力荷載計(jì)算方法中,淺埋非對(duì)稱小間距隧 道圍巖滑動(dòng)破壞模式; B、B'分別為左、右側(cè)隧洞的開挖跨度,Bz為兩隧道間凈距,H'、h'分別為左、右側(cè)隧洞拱 頂埋深,H、h分別為左、右側(cè)隧洞地層外側(cè)破裂角頂點(diǎn)至地表的豎向距離;WpWjs*別為左 側(cè)隧洞巖體DHG,EFGH和ABCF的重力;W2',W',W/分別為右側(cè)隧洞巖體A'BCF',E'F'G'H' 和D'H'G'的重力;設(shè)定條件如下, (1) 定義地面為水平面,兩隧道之間的破裂面交點(diǎn)位于地表以下,且左右隧道不同時(shí)施 工;為推導(dǎo)方便,左洞先開挖,右洞后開挖; (2) 左洞開挖時(shí),與規(guī)范單洞情況相同,根據(jù)隧道開挖后巖體運(yùn)動(dòng)規(guī)律,隧道頂上覆土 柱EFGH下沉從而帶動(dòng)兩側(cè)土體ABCF與DGH下沉,出現(xiàn)斜直面AC和DH破裂面,且與水平面 成0 :角,內(nèi)外側(cè)壓力對(duì)稱分布; (3) 右洞開挖時(shí),隧道外側(cè)巖土體中形成的破裂面D'H'與水平面夾角同樣為,同時(shí) 內(nèi)側(cè)巖土體中形成的破裂面A'B與水平面夾角為0 2;在右側(cè)后行洞施工影響下,中夾巖柱 地層再次受到擾動(dòng),左側(cè)先行洞圍巖滑移范圍增大,左洞內(nèi)側(cè)滑移角為0 3; (4) 當(dāng)左洞巖土體EFGH下沉?xí)r,兩側(cè)土體分別對(duì)其施加摩擦阻力1\和T2;當(dāng)右洞巖土 體E'F'G'H'下沉?xí)r,兩側(cè)土體分別對(duì)其施加摩擦阻力和T2' ;這四個(gè)摩阻力與水平面夾 角均為9, 9角參照規(guī)范選用,9角小于土體的計(jì)算內(nèi)摩擦角乳; (5) 為簡(jiǎn)化分析,在計(jì)算過程中偏于安全地定義共同破裂面BC的法向相互作用力E= 〇 ; 綜上所述,考慮左右洞先后施工時(shí)非對(duì)稱小間距隧道土壓力荷載作用模式; 當(dāng)小間距隧道左右兩側(cè)洞幾何與結(jié)構(gòu)對(duì)稱,且03= 0 1時(shí),本方法推導(dǎo)的計(jì)算公式將 退化為關(guān)于常規(guī)淺埋小間距隧道土壓力荷載的計(jì)算方法;本方法考慮了左右兩側(cè)洞幾何與 結(jié)構(gòu)形式不對(duì)稱對(duì)土壓力荷載分布的影響,具有更廣的適用性; 單開挖先行洞時(shí) 左側(cè)隧道先行開挖,此時(shí)相當(dāng)于單洞開挖,求解隧道外側(cè)垂直壓力和側(cè)向水平壓力的 計(jì)算方法采用規(guī)范中的計(jì)算公式,具體如下, (1) 先行洞兩側(cè)水平壓力 側(cè)壓力系數(shù)A 其中,先行洞內(nèi)外側(cè)側(cè)向水平壓力 en=^1 T Hj (2) 式中:氏為計(jì)算點(diǎn)至地表的垂直距離,Y為巖體容重,i表示各個(gè)計(jì)算點(diǎn); (2) 先行洞拱頂豎向壓力 參考規(guī)范,求得單開挖先行洞時(shí)的拱頂豎向壓力為再開挖后行洞時(shí) (1) 后行洞外側(cè)水平壓力 再開挖右側(cè)隧道時(shí),其外側(cè)水平壓力為e4i=AiThi (4) 式中屯為計(jì)算點(diǎn)至地表的垂直距離(m); (2) 后行洞內(nèi)側(cè)水平壓力 為計(jì)算后行洞內(nèi)側(cè)水平壓力,取隔離體BCF'A'為研宄對(duì)象進(jìn)行受力分析, 根據(jù)力學(xué)平衡條件和上述條件,解得T2'的計(jì)算表達(dá)式為鑒于隧道間距Bz-般較小,為簡(jiǎn)化分析,設(shè)FC=KB,F(xiàn)'C=KB',K=By(B+B'),經(jīng)整 理后可得則后行洞內(nèi)側(cè)水平壓力e3表示為 e3i=人 (8) (3) 后行洞豎向壓力 同理,后行洞拱部豎向土壓力荷載q' :和q' 2分別表示如下(4) 先行洞水平壓力 開挖后行洞時(shí),先行洞外側(cè)水平壓力近似認(rèn)為保持不變,其計(jì)算方法參見式(la)、 (lb)、(2); 為計(jì)算先行洞內(nèi)側(cè)水平壓力,取隔離體BCFA為研宄對(duì)象進(jìn)行受力分析,同理可得其中,X3為后行洞開挖后先行洞內(nèi)側(cè)水平壓力系數(shù),表達(dá)式如下則先行洞內(nèi)側(cè)水平壓力表示如下 e2i= ^sTHi (14) (5) 先行洞豎向壓力 開挖后行洞時(shí),先行洞外側(cè)豎向壓力近似認(rèn)為保持不變,其計(jì)算方法參見式(3);先行 洞內(nèi)側(cè)豎向應(yīng)力則表示如下本方法考慮后行洞開挖擾動(dòng)中夾巖柱引起的先行洞內(nèi)側(cè)滑移面的變化,在此基礎(chǔ)上, 考慮了后行洞開挖對(duì)先行洞內(nèi)側(cè)圍巖滑移面的影響,推導(dǎo)了淺埋非對(duì)稱小間距隧道土壓力 荷載的計(jì)算方法; 該方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)隧道埋深、中夾巖柱厚度、開挖跨度與高度因素對(duì)隧道豎向與側(cè)向壓 力的影響規(guī)律,并結(jié)合工程監(jiān)測(cè)實(shí)例驗(yàn)證了公式的合理性。
【專利摘要】一種淺埋非對(duì)稱小間距隧道土壓力荷載計(jì)算方法,該方法首先基于圍巖的滑動(dòng)模式、單開挖先行洞時(shí)非對(duì)稱小間距隧道土壓力荷載作用模式、再開挖后行洞時(shí)非對(duì)稱小間距隧道土壓力荷載作用模式、右側(cè)隧道內(nèi)側(cè)滑移體,接著分析豎向土壓力荷載與后行洞埋深的關(guān)系、側(cè)向土壓力荷載與后行洞埋深的關(guān)系、豎向土壓力荷載與中夾巖柱厚度的關(guān)系、側(cè)向土壓力荷載與中夾巖柱厚度的關(guān)系;豎向土壓力荷載與先行洞開挖跨度的關(guān)系;側(cè)向土壓力荷載與先行洞開挖跨度的關(guān)系,最終得到土壓力荷載與后行洞開挖高度的關(guān)系。該方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)隧道埋深、中夾巖柱厚度、開挖跨度與高度等因素對(duì)隧道豎向與側(cè)向壓力的影響規(guī)律,并結(jié)合工程監(jiān)測(cè)實(shí)例驗(yàn)證了公式的合理性。
【IPC分類】G06F19/00
【公開號(hào)】CN104951652
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510300447
【發(fā)明人】李鵬飛, 張成平, 張頂立, 魏盼, 聶雄
【申請(qǐng)人】北京工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年9月30日
【申請(qǐng)日】2015年6月3日