全斷面開挖對隧道鋼拱架的影響分析

模型介紹：對某隧道采用全斷面開挖的方式，研究其在開挖過程中鋼拱架的受力過程。隧道洞身主要為粉質粘土、全風化花崗巖;洞頂上為粉質粘土、素填土;埋深3.5m。

參數設置：鋼拱架重度78.9(kN•m-1)，彈性模量/GPa 206，泊松比0.3；粉質黏土重度19.2 (kN•m-1) ，彈性模量0.171 Gpa，泊松比0.365；全風化花崗巖重度17.6(kN•m-1)，彈性模量0.36 Gpa，泊松比0.25；中風化花崗巖重度19.0(kN•m-1)，彈性模量2.56 Gpa，泊松比0.2；加固區重度78.5(kN•m-1)，彈性模量30 Gpa，泊松比0.3；襯砌重度22(kN•m-1)，彈性模量28 Gpa，泊松比0.2

邊界條件：模型的四周與下邊界全約束，模型上邊界無約束。

Abaqus求解器采用Standard隱式算法

計算模型臨時支撐

計算開挖后隧道鋼拱架的最大主應力、最小主應力和剪應力，云圖如圖所示。

最大主應力  

最小主應力 剪應力

計算開挖后鋼拱架的橫向位移、縱向位移、豎直位移，云圖如圖所示

橫向位移

 縱向位移  豎直位移

結果分析

鋼拱架最大主應力為0.557MPa，最小主應力為-0.957 MPa，剪切應力為0.955 MPa；鋼拱架應力均遠小于所用鋼材的屈服應力。

鋼拱架橫向位移為2.714mm，縱向位移為0.115mm，豎直位移為8.894mm；鋼拱架位移均符合規范要求

綜上所述，采用全斷面開挖時，鋼拱架各項數值均符合控制標準。

計算機設備：