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铁路隧道在高地应力作用下的数值分析

李洛  
【摘要】:针对新建兰渝铁路LYS-3标木寨岭隧道,该隧道设计为双洞单线分离式特长隧道,其穿越岩层主要为Ⅴ级碳质板岩,地下水类型以基岩裂隙水为主。本文基于弹塑性理论,采用有限元方法,对实际铁路工程木寨岭隧道进行了三维数值分析。主要研究内容包括: 1、基于弹塑性理论,采用有限元方法,根据已掌握地质资料和监控量测资料,对木寨岭隧道DyK187+965~DyK188+015段,建立有限元模型。从计算结果和监控量测值的对比可以看出所建有限元模型是合理的,计算结果对实际工程问题具有一定参考价值。 2、通过方案I,对隧道开挖、初期支护过程中的应力以及位移变化情况进行了较为系统的分析。采用计算结果与隧道围岩水平收敛、拱顶下沉的监控量测值相结合的方法,对隧道初期支护的开裂、剥离等状况进行统计,分析木寨岭隧道围岩变形特征。计算结果表明:在隧道初期支护施作中,支护结构应及早闭合成环,这对于围岩稳定具有较好的控制效果;软岩高地应力区的铁路隧道在初期支护完成后,应力往往集中于拱腰部位,而在仰拱封闭后,仰拱仍发生较大的应力集中,应及时采取相应措施,以防止仰拱隆起现象发生。 3、为应对木寨岭隧道出现的软岩大变形,根据木寨岭隧道的特殊围岩地质条件,结合木寨岭隧道实际情况,采用方案II对隧道超前小导洞开挖后的应力及位移变化情况进行了系统的分析。结果说明方案II对高地应力的释放具有一定的作用效果。 4、从计算结果对两种不同方案进行了对比分析,说明方案II的施工效果要明显优于方案I。小导洞的开挖在一定程度上有利于高地应力的提前释放,计算结果与实际工程量测数据较为接近。但方案II由于小导洞的开挖,从而增大了工程量、延长了施工工期,使工程总造价剧增。怎样安全、经济、高效的克服高地应力软岩变形这一问题,还有待进一步探索研究。 通过对以上内容的分析研究,结果可为以后的隧道工程建设提供一定的参考依据。


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