兰州地铁富水大断面黄土隧道流固耦合作用机理研究

兰州地铁一号线一期工程东岗站后配线段大断面隧道施工过程中黄土状土层含水率达26.81%,饱和度较高。结合室内土工试验与施工监测,建立三维有限元数值模型,对比分析了大断面黄土隧道双侧壁导坑法和CRD法施工在考虑流固耦合效应下的初支受力特点及围岩变形机理。结果表明,在考虑流固耦合作用下CRD六部开挖法控制围岩变形效果要优于双侧壁导坑法;双侧壁导坑法最大弯矩值152.6kN·m,位于左拱肩与中隔墙连接处,外侧受拉,CRD六部开挖法最大弯矩值159.0kN·m,位于右拱肩处,内侧受拉;两种工法拱腰和拱脚处初支环向轴力相对较大,处于受压状态;孔隙水压力场以隧道开挖面为中心,在周围形成明显的低水压区域并呈漏斗状分布,边墙和仰拱处水力梯度较大,易发生渗漏,与现场情况一致。     

富水大断面黄土隧道开挖流固耦合效应分析

兰州市轨道交通1号线东岗站后配线区间大断面隧道洞身黄土层含水率达到28.5%左右,饱和度达95%以上,施工中会诱发初期支护沉降变形过大、围岩长时间难于稳定等复杂问题。文章根据室内土工试验数据,建立三维有限元模型,基于流固耦合和不耦合效应,分析对比了富水大断面黄土隧道采用CRD法和双侧壁导坑法施工时的初期支护受力和变形特征、地表沉降及孔隙水压力场分布特征。结果表明:在该地层条件下,考虑流固耦合作用较不考虑流固耦合作用,地表沉降、初期支护竖向和水平位移无论是增长速率还是最终值都要大,后期无明显减小,且更接近现场实测值,但两者作用下的初期支护受力变化不大;基于流固耦合效应,采用CRD六部法在地表沉降和隧道变形控制效果方面更加有利,两种工法初期支护受力数值近似,但分布形式不同;流固耦合作用下,地下水水力梯度较大的地方主要位于隧道边墙和仰拱,施工时易发生渗漏,同时应做好拱部喷混凝土密实和回填注浆等,防止渗流场发生转移。