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基坑支护与隧道明挖施工数值仿真分析
| 论文题名： | 基坑支护与隧道明挖施工数值仿真分析 |
| 关键词： | 隧道施工;支护结构;弹性支点法;荷载结构法;基坑支护;明挖施工;数值仿真 |
| 摘要： | 本文结合新建铁路成都经绵阳至乐山客运专线机场路隧道的设计，进行了明挖隧道施工过程的数值模拟，并将数值模拟的结果与基坑支护结构计算采用的弹性支点法以及衬砌结构计算采用的荷载结构法进行了共同作用分析研究。计算中依据基坑支护结构与衬砌结构的施工过程定义了20个施工阶段进行弹塑性分析，同时考虑了地下水静水压力的作用。 明挖隧道结构可以简化为平面应变问题进行计算分析。整个模拟过程采用Midas GTS软件进行，计算区域根据结构尺寸取为80m×50m。模型中土层采用四节点平面等参元，屈服条件采用莫尔-库仑(Mohr-Coulomb)准则。支护桩、支撑结构及衬砌均采用弹性梁单元，其中对支护桩与支撑结构联接的梁单元进行了梁端弯矩释放，以准确模拟桩与梁联结节点的力学行为。另外对第1道钢支撑、第3道钢支撑、第4道钢支撑分别施加了200KN的预应力，换撑结构预加了100KN的预应力，支承层采用仅受压的桁架单元进行模拟。在土体与支护结构和衬砌的接触面设置了Goodman接触单元。 根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)基坑支护结构的内力和位移计算采用弹性支点法，大量工程实践证明该方法的计算结果能够保证支护结构的安全。但对于明挖隧道而言，因为支护结构沿线状布置且开挖宽度较小(约为13m)，两侧设置的支护结构和支撑结构是共同受力的整体，这种整体作用可以通过数值模拟与弹性支点法的计算结果对比呈现出来。结果表明如果对基坑两侧的支护结构均采用弹性支点法进行设计计算，对于支护桩将得出偏小的弯矩，这一点对于实际工程来说是偏于危险的，同时用弹性支点法的位移结果也是失真的。 另外衬砌结构的内力和位移计算根据《铁路隧道设计规范》(TB10003-2005，J449-2005)采用荷载结构法，大量工作实践证明该方法的计算结果通常是可靠的。但是对于设置支护结构的明挖隧道而言，由于支护结构的存在改变了衬砌的受力条件，支护结构与衬砌是共同受力的整体，而且施工过程亦与不设置支护结构时完全不同，所以严格来讲荷载结构法用于明挖隧道衬砌结构设计计算是不合适的。数值模拟与荷载结构法的计算结果对比分析表明两种方法得出的弯矩分布图的型式是一致的，虽然荷载结构法得出的弯矩图进行调幅后可以间接考虑支护结构的作用，但用荷载结构法得出的位移分布则是不准确的。 |
| 作者： | 汪智慧 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 王东东;林树枝 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 厦门大学 |
| 学位年度： | 2011 |
| 正文语种： | 中文 |
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