全断面开挖对隧道钢拱架的影响分析

全断面开挖对隧道钢拱架的影响分析

模型介绍：对某隧道采用全断面开挖的方式，研究其在开挖过程中钢拱架的受力过程。隧道洞身主要为粉质粘土、全风化花岗岩;洞顶上为粉质粘土、素填土;埋深3.5m。

参数设置：钢拱架重度78.9(kN•m-1)，弹性模量/GPa 206，泊松比0.3；粉质黏土重度19.2 (kN•m-1) ，弹性模量0.171 Gpa，泊松比0.365；全风化花岗岩重度17.6(kN•m-1)，弹性模量0.36 Gpa，泊松比0.25；中风化花岗岩重度19.0(kN•m-1)，弹性模量2.56 Gpa，泊松比0.2；加固区重度78.5(kN•m-1)，弹性模量30 Gpa，泊松比0.3；衬砌重度22(kN•m-1)，弹性模量28 Gpa，泊松比0.2

边界条件：模型的四周与下边界全约束，模型上边界无约束。

Abaqus求解器采用Standard隐式算法

计算模型临时支撑

计算开挖后隧道钢拱架的最大主应力、最小主应力和剪应力，云图如图所示。

最大主应力  

最小主应力 剪应力

计算开挖后钢拱架的横向位移、纵向位移、竖直位移，云图如图所示

横向位移

 纵向位移  竖直位移

结果分析

钢拱架最大主应力为0.557MPa，最小主应力为-0.957 MPa，剪切应力为0.955 MPa；钢拱架应力均远小于所用钢材的屈服应力。

钢拱架横向位移为2.714mm，纵向位移为0.115mm，竖直位移为8.894mm；钢拱架位移均符合规范要求

综上所述，采用全断面开挖时，钢拱架各项数值均符合控制标准。

计算机设备：