基于有限元的无支护圆形隧道拱顶下沉分析

隧道拱顶下沉是反映隧道在开挖后围岩自稳能力的一个重要指标,根据G.Kirsch公式分析出隧道拱顶下沉量与隧道埋深成正比、与隧道开挖跨度成正比及与围岩级别成负相关关系。应用有限元软件ANSYS,分别通过隧道埋深、围岩级别和开挖直径的变化建立无支护圆形断面隧道的弹塑性分析模型,得到不同条件下的隧道开挖拱顶沉降值。研究结果表明:对于Ⅰ～Ⅳ级围岩,拱顶沉降与埋深呈线性关系,与开挖直径呈线性关系;对于Ⅴ级围岩,拱顶沉降与埋深基本呈指数关系,与开挖跨度近似为指数关系;对于Ⅰ～Ⅳ级围岩,当埋深不大于100m时且开挖直径不大于10m时,可以用G.Kirsch公式近似计算拱顶下沉值,其误差不超过30%。