时间：2013年07月15日 分类：推荐论文 次数：
摘要：以小坝田隧道为背景，基于ANSYS软件三维模拟，分析了公路隧道顶部存在隐伏溶洞时，采用台阶法施工引起的围岩变形规律。可以为同类隧道施工提供参考。
关键词：溶洞,隧道,ANSYS
1依托工程
小坝田隧道属贵州省内二级公路隧道，单洞双向行车。隧道地貌单元为高山侵蚀—剥蚀地貌，地下水多为大气降水和基岩裂隙水补给，持续时间短，水文地质条件较好。隧址区地层为第四系残坡积层,下伏基岩为二迭系下统石灰岩，及峨眉山凝灰岩、玄武岩等，区内节理、裂隙较为发育，无活动性大断裂经过，区域构造稳定性较好。
经地质勘测资料显示，隧道K26+860～ K26+870段顶部有规模较大溶洞。该溶洞横向跨度约为3～6m，高约为2～4m，纵向跨度约为10m，其底部距离隧道顶部约为2～6m。溶洞为干溶洞，隧道拱顶距离地表50m。
2数值模拟概况
2.1溶洞模型的建立
模拟中将溶洞的走向假定为与隧道纵向一致;实际中溶洞是变截面，为了简化计算，将溶洞模拟为椭圆柱，横截面尺寸为：水平向(x方向)长轴6m，垂直向(y方向)短轴4m。纵向(z方向)10m。溶洞距离隧道顶部5m。
2.2整体模型的建立
利用ANSYS三围实体单元模拟隧道施工过程中溶洞对隧道围岩稳定性的影响。围岩采用8节点实体单元(solid 45)，初期支护采用4节点壳单元(shell 63)，屈服准则采用Drucker-Prager准则，围岩采用弹塑性材料。计算时施加的边界约束条件为：地表为自由表面，不受约束，模型左右边界受到x轴方向的位移约束，模型的地层下部边界受到x,y轴方向的位移约束。
2.3计算参数
2.4施工过程模拟
隧道模拟段为Ⅴ级围岩，且顶部存在溶洞，上下台阶法开挖，台阶长度为12m，步长2m。整个施工模拟过程为上台阶开挖2m，
立即支护，循环至10m完成后，上下台阶同时开挖，开挖2m同时支护，直至整个模型52m(溶洞前21m+溶洞10m+溶洞后21m)完成开挖和支护。
3模拟结果分析
提取特征断面，溶洞中心所在横截面为研究对象，数值模拟结果如下：
模拟显示，对于溶洞而言，其底部有一小部分围岩竖向位移比溶洞周边其他位置竖向位移偏小;对于隧道而言，其顶部围岩竖向位移比周边其他位置竖向位移偏大。隧道初期支护拱顶沉降相比拱脚、边墙角及隧道底部沉降值要大，但其值在沉降允许范围内。
4结论
ANSYS模拟结果显示，本隧道针对顶部隐伏溶洞可能对隧道施工带来的不利影响，而采用的台阶法施工是可行的，且台阶长度及开挖步长是合理的。由于溶洞的存在，施工中必须对溶洞段进行超前支护。数值模拟与工程实际施工情况难免存在误差，施工时还应结合监控量测及超前地质预报等手段进行现场信息反馈，以便更好地指导隧道安全施工。
参考文献：
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