鐵路隧道大管棚超前支護(hù)施工過程數(shù)值模擬

鐵路隧道大管棚超前支護(hù)施工過程數(shù)值模擬中科院計(jì)算技術(shù)研究所管棚的應(yīng)用管棚法是常用超前支護(hù)工法，通過在擬開挖的地下隧道襯砌拱圈隱埋弧線上，預(yù)先設(shè)置慣性力矩較大的厚壁鋼管，并注漿形成管棚注漿帷幕殼體，防止地表下沉和土層坍塌，具有良好的預(yù)加固效果，在城市地鐵、山嶺隧道、軟土隧道等復(fù)雜工程地質(zhì)環(huán)境中被國(guó)內(nèi)外工程界廣泛采用。工程概況

小河溝隧道是新建太興鐵路的一條雙線鐵路隧道，通過膨脹性黃土地層，埋深較淺，圍巖軟弱松散，設(shè)計(jì)開挖采用三臺(tái)階七步工法結(jié)合超前小導(dǎo)管施工。

自進(jìn)入雨季以來，受雨水滲透影響，圍巖抗剪強(qiáng)度減弱，施工中經(jīng)常發(fā)生塌方事故，造成重大損失。為保障安全施工，控制隧道變形，變更設(shè)計(jì)擬采用大管棚注漿措施，加固掌子面前方圍巖，控制圍巖變形。工程概況隧道全長(zhǎng)1803m，最大埋深82m，最小埋深僅5m，位于里程DK75+054~DK75+089。由于該淺埋段，埋深及淺，同時(shí)處于匯水區(qū)，受雨水影響嚴(yán)重，其穩(wěn)定性較差，極易發(fā)生塌方，因此擬采用臺(tái)階法結(jié)合管棚注漿預(yù)支護(hù)技術(shù)。地溫層造信柳息該地淚段為漫黃土躍地貌開，與臘工程凡性質(zhì)案相關(guān)時(shí)的土略層主強(qiáng)要是離出露神地表裹的上況第三營(yíng)系（N）膨旨脹性佳黃土情，膨礦脹潛垃勢(shì)為挺等級(jí)界為中滴，土孫呈紅被褐色盞，硬畜塑，膛結(jié)構(gòu)約致密劣，呈薦菱形視狀，拐土內(nèi)哲分布癢有裂兄隙，聞斜交算剪切柿裂隙所較發(fā)河育，黃由細(xì)姨膩的咽膠體勞顆粒民組成鉤，斷昏口光孕滑，忠局部妖夾鈣扶質(zhì)結(jié)妄核。土層密度kg/m3彈性模量MPa泊松比粘聚力KPa摩擦角膨脹性黃土191618.410.352530地警層雪建啊模數(shù)捕值房誠(chéng)模銷型鬧淺永埋稍段想的孝開扇挖父施東工伙，哀擬油采朝用銀有賊限取差惠分耗軟彼件FL稍AC3芹D，圖1為掘建妨立誕的紹小廉河甜溝聰隧律道言的釀數(shù)違值竟模惹型奇圖版。炎模襪型騾包厲括3礙3格4元0掃7個(gè)模古型節(jié)窩點(diǎn)，書和29偷58撕0個(gè)單奮元，侍隧道翼斷面齒形狀歪為直墻拱集型喚，丈按博最逐不炎利撐工躬況某，湊取惠隧罵道這毛閥洞騙單救洞編跨崖度編為11萄.9零6米傘，霞高霉為1慣1農(nóng).那8喘6米餓。邊菌界既條區(qū)件伯與趕本塊構(gòu)仿模辰型為減威小邊紫界效慘應(yīng)的搬影響剩，取擠隧道至中心額線和趨隧道奴底板芳的交蔑點(diǎn)為騙原點(diǎn)緒，模油型的悲左、柔右及控下邊拳界距寇離取3～5倍的敏隧道雕的開母挖直悠徑，示即左花、右鍋邊界閱為60菌m，央下縱邊史界芒為36漸m，偉上臉邊風(fēng)界姻為糊地區(qū)表新，太隧槐道渡軸鉤線潮方耳向樓取20炸m。良計(jì)都算煌模恭型堂的俱左蛙、叼右米、斤前多、辣后序邊歪界遍和殿下淘邊鉤界到均挽為垮法跳向悠約堡束情，糧上糠邊致界業(yè)為戒自田由刮邊市界捏。圍巖藥土體縮慧的本桌構(gòu)模核型采盼用經(jīng)碧典的Mo蹤蝶hr肥-C修ou勤lo附mb理視想側(cè)彈卷塑列性求模護(hù)型優(yōu)。支肉護(hù)蛾結(jié)序構(gòu)激模文擬在數(shù)掉值模罵擬中遞，將帶管棚虧鋼管臺(tái)作為鄰簡(jiǎn)支租梁處水理，竿采用栽梁?jiǎn)蚊卦M(jìn)露行模糖擬。因?yàn)榫€管棚這末端碎部與椅孔口局管焊濕接成惰整體斃，孔伍口管需固定艇在鋼念拱架煙周邊暗，因股此端殊部可械以承患受較族大的幫彎矩份和具喚有較峰大的組豎向職抗力亞，可跪以將擊端部釋按固乘定支段座考芳慮。對(duì)愛于勞插余入誓土厭體盞中種的憂管頓棚王部屑分阿，襲由找于均注波漿土，蠢使膏得芳鋼嫁管遷與終周地圍曲巖勿體鄰結(jié)尿合熄在束一直塊鼻，精因企此昏將仇梁卡單截元扁的雹節(jié)喚點(diǎn)愁與羅周禍圍市巖園體領(lǐng)應(yīng)貧力理單拜元公位銀移快協(xié)同調(diào)償，冒從晶而當(dāng)限提制央鋼尿管迅空虜間巖內(nèi)掘的添平制動(dòng)測(cè)自番由亦度槍，仙但枯由未于徒鋼云管輩本能身扎與滔周擁圍矮加倡固薦體守之傾間離的雅剛革度蔽差圍異裹很嚇大厘，埋因泥此染將士梁甘單易元路的導(dǎo)三絡(luò)個(gè)盾轉(zhuǎn)舌動(dòng)踩自作由芹度施不梯作掩約老束吉。支杠護(hù)連結(jié)花構(gòu)龜模霸擬管襯棚崇采拘用89燙mm直西徑膜的音無屢縫捉鋼安管爐，質(zhì)設(shè)貓計(jì)場(chǎng)在陶拱緣瑞部1反2報(bào)0柿°范粱圍軋打誓設(shè)態(tài)，牢每忍環(huán)舟長(zhǎng)10碧m，環(huán)由向間壓距0.輛4m，笨縱酬向紛搭嗎接毒長(zhǎng)慮度3占m，猜外員插同角5～10刑°，注1:愿1的水滴泥漿碼，為筋增加筐管棚漫的抗械彎能絮力。在注槽漿過進(jìn)程完勾成后絮，管查棚內(nèi)松充滿礎(chǔ)混凝止土漿錢液，平待漿個(gè)液凝餐結(jié)后昆，管忌棚相偏當(dāng)于送鋼管引混凝疾土梁為。支護(hù)紋結(jié)構(gòu)翼模擬在鋼剃管內(nèi)矛設(shè)置你鋼筋工籠，姿鋼筋壁籠由特四根蜘主筋掛和固臺(tái)定環(huán)座組成拒，主郵筋直副徑為Φ1似8，固稿定環(huán)學(xué)采用鄙短管跨節(jié)，疤節(jié)長(zhǎng)5c內(nèi)m將謊其圖與篩主酬筋些焊由接睡，碧按1.塌5m間距蹤蝶設(shè)置喂，管溫棚梁甩結(jié)構(gòu)況如圖4所憐示木。支史護(hù)橡結(jié)梅構(gòu)遮模渣擬為了鎖考慮稿管內(nèi)往混凝遮土及釘加筋禁對(duì)管魄棚力喊學(xué)性騙質(zhì)的隆影響催，在解數(shù)值粗模擬售計(jì)算史過程繩中，億將管掃內(nèi)混途凝土腰的作雄用采佩用等月效彈張模的蟻方法禮處理螺，即見將管線內(nèi)混直凝土槐的剛封度折足算給共管棚依，計(jì)算壩方法堅(jiān)如下公蜜式式與中失：E為折添算后年管棚殿的彈蒼性模廁量；S為管懲棚截?fù)?dān)面積鋪；E棟0管島棚拋鋼歡管趕彈曬性將模鼓量遇；S茂0為管幅棚鋼儉管有尊效截武面積督；E感g(shù)為扣混朽凝爽土蠅的調(diào)有翠效辮截盆面妨積枯；S防g為混殊凝土輸?shù)膹椝阅２[量，稱取1.仇5×隔10慈10溜Pa；E肺s為鬧鋼筋筑的有輸效截壤面積秩；Ss為直鋼鍵筋將的警彈怒性鋪模朋量分。支護(hù)趴結(jié)構(gòu)跟模擬管趙棚鍋梁巴、蓮初掠支旦的痛等糖效肥參敵數(shù)果如偵下猜表忙所睡示名稱密度/Kg/m3彈性模量/GPa泊松比截面積/m2X軸慣性矩/m4管棚梁?jiǎn)卧?84097.10.36.218×10-33.078×10-6初支殼單元250031.90.250.32.25×10-3臨時(shí)仰拱殼單元250046.980.250.26.66×10-4支坦護(hù)文結(jié)壓構(gòu)仗模妥擬注漿卷完成筆后，屑長(zhǎng)管掀棚與映注漿影加固蛾圈在柿拱頂煉形成犧了穩(wěn)燦固可癢靠的飼固結(jié)獄殼。豎在模雜擬計(jì)橋算中寇，為鞭了考宵慮這獎(jiǎng)種殼推效應(yīng)赤，通霸過提磨高管殖棚與留加固輸圍巖碑形成閉的厚芒筒結(jié)突構(gòu)的伯參數(shù)奪來實(shí)仁現(xiàn)，醒并通瓶過線物彈性浸本構(gòu)百模型脅單元改模擬摩管棚郵注漿擴(kuò)層。駐單排拌注漿沒管注飼漿時(shí)蒜厚筒號(hào)的厚助度可委由如抗下公岔式計(jì)敏算過鬧得出弱。式院中怒：D為注勵(lì)漿厚族筒的容厚度甩；R為漿朗液的餐擴(kuò)散蔥半徑綱；S為辟相雨鄰獲兩羨注葡漿的孔勾的供間護(hù)距父。經(jīng)計(jì)念算得溪管棚扭加固羅區(qū)的識(shí)有效慎厚度闖為6信0匆c晉m，攤數(shù)侮值對(duì)模封擬溉中當(dāng)采傳用嶺線謊彈辜性簽本膠構(gòu)少模怪型秒模談擬功管摩棚少注瓜漿步層悼。施工芽步驟色模擬數(shù)值摸模擬敵開挖帥嚴(yán)格校按照前隧道攝施工盞工法會(huì)，計(jì)北算地屈應(yīng)力杯平衡織后，番首先側(cè)添加秀大管準(zhǔn)棚梁梢單元概和管去棚注殘漿加稱固殼險(xiǎn)體，吵然后杜開挖屑上臺(tái)輕階，稱緊接釣著對(duì)沃上臺(tái)東階圍湊巖添銳加初告期支缺護(hù)殼敵單元旗，并嫂在臺(tái)敲階上舅添加勞臨時(shí)創(chuàng)仰拱半的殼則單元慘，計(jì)裁算穩(wěn)幅定后鼓開挖芬下臺(tái)敬階并翠添加串支護(hù)墳，最室終計(jì)對(duì)算至備平衡忌。上棍臺(tái)清階網(wǎng)開嫂挖苦后宏位告移奏云壇圖下贈(zèng)臺(tái)矮階臂開樣挖旁后義位犁移例云獸圖計(jì)算父結(jié)果負(fù)分析為沸研等究曉大羊管銀棚羨對(duì)情掌堪子含面駝前冰方煤加擾固藍(lán)效苗果吐，磨在改隧礙道戴拱醒頂懇軸好線贈(zèng)方拔向光上急每澡隔1m布深置迅一惹個(gè)雄監(jiān)璃測(cè)每點(diǎn)抱，衡監(jiān)東測(cè)襲開痰挖要過念程擋中站沉店降瞇值求變表化父，腎點(diǎn)鍋布電置廁如賺下鉛圖塘。計(jì)算鮮結(jié)果腔分析各恰點(diǎn)裕沉促降博位乖移經(jīng)與貴未益添號(hào)加累管抬棚裕注路漿守支盡的謹(jǐn)護(hù)倍開弊挖蔑工驗(yàn)法油相喪比怖較歐，膛所襯得遼結(jié)斃果雹如下兩否圖。從倡圖削可擦知標(biāo)在偏掌郵子可面避前違方4刺m處貼，銅圍灰?guī)r澡的污變?cè)坌螁蔬_(dá)姐到戶最翼大哪值況，涌未假加校管叨棚州時(shí)更位大移納達(dá)絹到案了9存5耀c愉m，圍報(bào)巖基菠本上講已經(jīng)餃進(jìn)入集塑性餅破壞妹狀態(tài)壁。而孫管棚外注漿命超前采支護(hù)樸后，泉其掌大子面語(yǔ)前方廊的圍帳巖最浮大沉息降位規(guī)移控塔制在8c驢m以內(nèi)帽，保叫證了潛前方骨土體站的穩(wěn)閘定性似。無胞管傾棚刊拱壘頂辨沉茂降舒位銹移有控管每棚擦拱捉頂豬沉片降樓位知移導(dǎo)圖計(jì)算蹄結(jié)果濾分析管藥棚綁梁借的井彎豪矩猾變乓形臂圖和注漿耍加固倒區(qū)的巨變形請(qǐng)圖如下所籮示臘，蹤蝶由縫圖注可運(yùn)見筍管姿棚掀和叮管繳棚耗加令固陰的任區(qū)嘉域帖的恢最稼大郵彎定矩信和凱最降大枕應(yīng)愁力主并繼不桃是典發(fā)煉生晶在魯掌宮子香面手上未，怒而技是懲發(fā)氏生幣在請(qǐng)掌爛子峽面奶前餅方廈未候開循挖港階鞠段朗，傍距狹掌駕子研面4久m到5俗m的殖范保圍籌內(nèi)犧，肢與數(shù)前哄述撐監(jiān)漂測(cè)病位濟(jì)移慕曲極線裹變?nèi)净裣啻舴麤龊?。管棚炊梁?jiǎn)纬对獜澮憔貓D管棚桿注漿謝殼體踐單元社應(yīng)力焦圖結(jié)論大管服棚注什漿法責(zé)使鋼殺管與慢圍巖逼通過康漿液介充填喚縫隙榜而形回成一怨體，伴從而蒸限制系了管稿棚與敲圍巖色的相侵對(duì)運(yùn)吼動(dòng)，良同時(shí)某形成礙強(qiáng)度叉較高絞的管壞棚注際漿層拋殼體破。一方槍面，器分析社可知牧管棚度在掌持子面隱前就搖有了蕩一定盆的變敘形，變這也牢說明趁管棚慕可以咱承擔(dān)遲掌子鄙面前雖方的死荷載蜜，減晴小地趣層工鍋前沉遲降，稍同時(shí)口起到每阻隔跨沉降周和均違勻地圍層沉堂降的縣作用訓(xùn)，控澤制掌括子面賺前方雖土體錦的位直移，推防止球前方貫土體課的塌滾方涌青入。另懶一裝方妹面將，輪管談棚違在忽承傅擔(dān)此了裝圍蕉巖潤(rùn)一擱部腿分犯縱鞏向叫