一种飞机跑道下隧道基坑沉降控制方法与流程

本发明涉及隧道沉降控制技术领域，特别涉及一种飞机跑道下隧道基坑沉降控制方法。

背景技术：

在隧道施工技术中，明挖隧道技术以其施工机械简单、快捷、经济、安全的优势，受到施工单位的青睐，它是先将隧道部位的岩(土)体全部挖除，然后修建洞身、洞门，再进行回填的施工方法。其难点在于对基坑周围原状的保护，防止地表沉降，减少对既有建筑物的影响。特别是机场的隧道，因为飞机质量大会产生较大的荷载，形成地面沉降，而且隧道基坑工况复杂，不同地方的沉降量不同，机场的地表沉降一旦大于标准值会造成非常大的安全隐患。需要一种方法来保证沉降量达到标准值的同时尽量降低成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种飞机跑道下隧道基坑沉降控制方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种飞机跑道下隧道基坑沉降控制方法，包括以下步骤：

步骤一：建立飞机跑道下双基坑的有限元模型；

步骤二：对影响基坑沉降的因素进行多种取值，所述因素包括是否设置路面，以及回填土的材质，以及飞机荷载的作用方式；

计算各个因素在不同取值时，a区中部、b区搭板中部、b区搭板端部、以及c区中部的沉降量，所述a区为无搭板且回填高度最大的区域，所述c区为无搭板且回填高度最小的区域，所述b区为所述a区和所述c区之间的过渡区域，且所述b区设有搭板；

步骤三：分析比较沉降量的大小，确定是否设置搭板，是否设置路面，以及回填土的材质。

优选的，所述回填土的材料参数包括泊松比、弹性模量、粘聚力、内摩擦角、容重和孔隙率。

优选的，所述回填土包括压实填土、级配碎石、泡沫混凝土和5％水泥土。

优选的，所述步骤一包括：

建立飞机跑道下双隧道基坑的几何模型，所述几何模型包括隧道主体结构、搭板、回填土和路面；

进行网格划分，并设置材料参数、边界条件，及施加荷载。

优选的，所述荷载q为：

q＝q1+q2+q3+q4

其中，q1为回填土自重，q2为路面的自重，q3为飞机荷载，q4为结构自重。

优选的，所述飞机荷载的作用方式包括无飞机荷载、飞机荷载作用在所述a区中部、飞机荷载作用在所述b区搭板中部和飞机荷载作用在所述b区搭板端部。

优选的，所述飞机荷载为飞机动荷载简化后的飞机静载荷，所述飞机静荷载以集中荷载的形式分布在飞机的各个机轮处。

优选的，所述步骤三中，根据同一工况下，所述a区中部、所述b区搭板中部、所述b区搭板端部、以及所述c区中部的沉降量值的比较，来确定是否设置搭板。

优选的，所述步骤三中，在回填土的材质以及飞机荷载的作用方式的取值保持不变时，根据设置路面工况以及不设置路面工况下，同一区域处计算得到的最大沉降量来进行比较，并确定是否设置路面。阿

优选的，所述步骤三中，在是否设置路面以及飞机荷载的作用方式的取值保持不变时，根据回填土材质不同取值工况下，同一区域处计算得到的最大沉降量来进行比较，并确定回填土的材质。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明通过对影响飞机跑道下隧道基坑沉降的因素进行多种取值，并进行数值模拟，进而比较不同工况下的沉降量大小，从而能够根据分析结果来确定飞机跑道下隧道基坑的回填结构，包括是否设置搭板，是否设置路面，以及选择合适的回填土，最终可以在保证沉降量达到标准值的同时有效的降低成本。

2、本发明在实际施工之前对影响飞机跑道下隧道基坑沉降的因素进行多种取值，得到不同工况下的沉降量大小，通过对沉降量的预估，可以防止沉降量超过标准值，有效降低安全隐患。

3、本发明通过有无搭板以及回填高度的不同，将飞机跑道下隧道基坑分成多个区域，可以更容易对影响沉降量的因素进行敏感性分析。

附图说明：

图1为本发明的流程图；

图2为本发明所述的飞机跑道下双隧道基坑的几何模型图；

图3为本发明所述的飞机跑道下双隧道基坑的有限元模型图；

图4为本发明所述的飞机跑道下双隧道基坑的边界条件的示意图；

图5为本发明所述的飞机荷载的分布示意图；

图6为本发明所述的荷载施加图。

附图标记：1-c区，2-b区，3-a区，4-路面，5-搭板，51-搭板端部，52-搭板中部，6-飞机机轮，7-隧道主体结构。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

本实施例提供一种飞机跑道下隧道基坑沉降控制方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤101：建立飞机跑道下双隧道基坑的有限元模型；

图2所示为本实施例选取的飞机跑道下双隧道基坑的几何模型，所述几何模型包括隧道主体结构7、搭板5、回填土(包括a区3，b区2和c区1)和路面4；在有限元分析软件中建立所述飞机跑道下双隧道基坑模型，如图3所示，本实施例中采用的有限元分析软件为midas/gts，对于较为复杂的三维模型，可以采用cad导入.dfx文件进行编辑。

在所述飞机跑道下双隧道基坑模型中添加回填土、路面和搭板的材料参数；

在本实施中所述回填土有四种备选材料压实填土、级配碎石、泡沫混凝土和5％水泥土，所述路面包括四层材料，分别是沥青面层、上基层、下基层和碎石垫层，所述搭板选取的材料为c30混凝土，所述回填土、所述路面和所述搭板的计算参数如表1所示，

表1所述回填土、所述路面和所述搭板的材料参数

对所述飞机跑道下双隧道基坑模型施加荷载及边界条件，并设置荷载作用时间；

对所述飞机跑道下双隧道基坑模型底部节点x、y、z三个方向的平动自由度进行约束，相当于固定所述飞机跑道下双隧道基坑模型的支座，然后对所述飞机跑道下双隧道基坑模型的两侧边界的节点进行水平方向的平动自由度约束，如图4所示。

对所述飞机跑道下双隧道基坑模型施加荷载，所述荷载值为q：

q＝q1+q2+q3+q4

其中，q1为回填土自重，q2为路面的自重，q3为飞机荷载，q4为结构自重，首先施加回填土自重、路面自重及结构自重的荷载，将所述回填土、所述搭板及所述路面的工作目录树窗口切换到分析部分，右击静力荷载，选择重力，弹出重力对话框，将分量gz设置为-1，荷载组命名为自重，点击确定。然后施加飞机荷载，本实施例的飞机荷载采用目前世界上最大的空客a380-800f型作为设计荷载，飞机满载最大设计荷载为5920kn，前鼻2个飞机机轮6占总重5％，单个轮载5920×0.05/2＝148kn；两个后点共20个飞机机轮6占总重95％，单个轮载5920×0.95/20＝281.2kn，飞机机轮位置分布如图5所示，将所述飞机跑道下双隧道基坑模型工作树目录树窗口切换到分析部分，然后右击选择静力荷载，并在下拉选项中选择集中力，弹出所述集中力选项窗口，将目标类型确定为节点，选择飞机机轮6所对应的集中位置作用所述节点，在分量(z)选项框处输入对应的荷载，荷载施加的结果如图6所示。

在定义施工阶段窗口，单击时间步骤，在本实施例中所述时间步骤的持续时间设为365天，所述时间步骤的步骤数量设置为10。

步骤102：对影响基坑沉降的因素进行多种取值，所述因素包括是否设置路面，以及回填土的材质，以及飞机荷载的作用方式。

将输出的类型设置为位移，本实施例中将飞机跑道下双隧道基坑划分为三个区域，如图2所示，两个隧道主体结构7上区域为c区1，两个所述隧道主体结构7延伸出的搭板上下区域为b区2，两个搭板之间为a区3；选取了三个区域施加飞机荷载，三个区域分别是：a区3中部、b区2的搭板中部52和b区2的搭板端部51，三个区域的选取依据如下，a区3中部选取依据：a区3回填高度最大，且无搭板，计算结果最能体现大回填高度的沉降量；b区2的搭板中部52：该部位回填高度与a区3一致，计算结果最能体现搭板的作用；b区搭板端部：该部位为有无搭板的分界线，计算结果可以a区中部与b区搭板中部比较，继而观察搭板的影响范围。在本实施例中总共模拟了8种情况4种材料总共32种工况，能够体现有无路面、有无搭板以及选取不同回填土情况下的基坑沉降量，如表2所示，

表2工况模拟表

输出所述飞机跑道下双隧道基坑模型在荷载作用下的有无路面、有无搭板以及选取不同回填土情况下的基坑沉降量，输出结果如表3、表4所示，

表3飞机跑道下双隧道基坑模型在不同工况下的沉降量表(有路面)

表4飞机跑道下双隧道基坑模型在不同工况下的沉降量表(无路面)

步骤103：分析比较沉降量的大小，确定是否设置搭板，是否设置路面，以及回填土的材质。

同种工况情况下，a区3沉降量最大，其次为b区2的搭板端部51的沉降量，b区搭板中部52的沉降量最小，由此可见搭板对沉降量有明显的减小作用。在同种工况下，填料为压实填土时沉降量最大，级配碎石填土沉降量排第二，5％水泥土填土沉降量排第三，泡沫混凝土填土沉降量最小。在回填土的材质以及飞机荷载的作用方式及取值保持不变时，有路面情况下沉降量相比同种工况下无路面情况下沉降量要小一些。