摘要：以小壩田隧道為背景，基于ANSYS軟件三維模擬，分析了公路隧道頂部存在隱伏溶洞時，采用臺階法施工引起的圍巖變形規(guī)律。可以為同類隧道施工提供參考。

　　關(guān)鍵詞：溶洞,隧道,ANSYS

　　1依托工程

　　小壩田隧道屬貴州省內(nèi)二級公路隧道，單洞雙向行車。隧道地貌單元為高山侵蝕—剝蝕地貌，地下水多為大氣降水和基巖裂隙水補(bǔ)給，持續(xù)時間短，水文地質(zhì)條件較好。隧址區(qū)地層為第四系殘坡積層,下伏基巖為二迭系下統(tǒng)石灰?guī)r，及峨眉山凝灰?guī)r、玄武巖等，區(qū)內(nèi)節(jié)理、裂隙較為發(fā)育，無活動性大斷裂經(jīng)過，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較好。

　　經(jīng)地質(zhì)勘測資料顯示，隧道K26+860～ K26+870段頂部有規(guī)模較大溶洞。該溶洞橫向跨度約為3～6m，高約為2～4m，縱向跨度約為10m，其底部距離隧道頂部約為2～6m。溶洞為干溶洞，隧道拱頂距離地表50m。

　　2數(shù)值模擬概況

　　2.1溶洞模型的建立

　　模擬中將溶洞的走向假定為與隧道縱向一致;實際中溶洞是變截面，為了簡化計算，將溶洞模擬為橢圓柱，橫截面尺寸為：水平向(x方向)長軸6m，垂直向(y方向)短軸4m。縱向(z方向)10m。溶洞距離隧道頂部5m。

　　2.2整體模型的建立

　　利用ANSYS三圍實體單元模擬隧道施工過程中溶洞對隧道圍巖穩(wěn)定性的影響。圍巖采用8節(jié)點實體單元(solid 45)，初期支護(hù)采用4節(jié)點殼單元(shell 63)，屈服準(zhǔn)則采用Drucker-Prager準(zhǔn)則，圍巖采用彈塑性材料。計算時施加的邊界約束條件為：地表為自由表面，不受約束，模型左右邊界受到x軸方向的位移約束，模型的地層下部邊界受到x,y軸方向的位移約束。

　　2.3計算參數(shù)

　　2.4施工過程模擬

　　隧道模擬段為Ⅴ級圍巖，且頂部存在溶洞，上下臺階法開挖，臺階長度為12m，步長2m。整個施工模擬過程為上臺階開挖2m，

　　立即支護(hù)，循環(huán)至10m完成后，上下臺階同時開挖，開挖2m同時支護(hù)，直至整個模型52m(溶洞前21m+溶洞10m+溶洞后21m)完成開挖和支護(hù)。

　　3模擬結(jié)果分析

　　提取特征斷面，溶洞中心所在橫截面為研究對象，數(shù)值模擬結(jié)果如下：

　　模擬顯示，對于溶洞而言，其底部有一小部分圍巖豎向位移比溶洞周邊其他位置豎向位移偏小;對于隧道而言，其頂部圍巖豎向位移比周邊其他位置豎向位移偏大。隧道初期支護(hù)拱頂沉降相比拱腳、邊墻角及隧道底部沉降值要大，但其值在沉降允許范圍內(nèi)。

　　4結(jié)論

　　ANSYS模擬結(jié)果顯示，本隧道針對頂部隱伏溶洞可能對隧道施工帶來的不利影響，而采用的臺階法施工是可行的，且臺階長度及開挖步長是合理的。由于溶洞的存在，施工中必須對溶洞段進(jìn)行超前支護(hù)。數(shù)值模擬與工程實際施工情況難免存在誤差，施工時還應(yīng)結(jié)合監(jiān)控量測及超前地質(zhì)預(yù)報等手段進(jìn)行現(xiàn)場信息反饋，以便更好地指導(dǎo)隧道安全施工。

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