黃土隧道圍巖變形規(guī)律分析.pdf

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1、2013年第5期SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION○科教前沿○科技信息黃土隧道圍巖變形規(guī)律分析辛純濤吳勇（甘肅省交通科學(xué)研究院有限公司，甘肅蘭州730050）【摘要】結(jié)合石羊嶺隧道工程，對高含水率黃土隧道開挖支護后圍巖變形進行了研究。利用Midas/GTS有限元分析軟件，建立了有限元計算模型，分析了石羊嶺黃土隧道開挖支護后的位移場，并與現(xiàn)場監(jiān)控量測數(shù)據(jù)進行了分析對比，得到了黃土隧道的圍巖變形規(guī)律，給出了合理的支護方案。結(jié)果表明：留核心土施工法適用于此隧道，并從開挖過程得到隧道位移分布及影響

2、范圍；從現(xiàn)場監(jiān)控量測數(shù)據(jù)可以得出，變形經(jīng)歷三個過程，最終處于穩(wěn)定狀態(tài)。數(shù)值計算結(jié)果與現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)基本一致，并得到初期支護與二次襯砌間隔的時間為25天?！娟P(guān)鍵詞】黃土隧道；MIDAS/GTS數(shù)值計算；現(xiàn)場監(jiān)測；圍巖變形0引言近些年來，甘肅省經(jīng)濟發(fā)展迅速，但是發(fā)展經(jīng)濟的前提，交通必需先發(fā)展。隨著高含水率黃土隧道修筑的增加，施工中出現(xiàn)了一些問題，許多學(xué)者作了大量的研究。采用隧道理論計算與現(xiàn)場監(jiān)控量測相結(jié)合的方法，為隧道安全施工提供了重要保證，進一步優(yōu)化了初期支護和二次襯砌的參數(shù)，提高了施工速度和質(zhì)量。本文以石羊嶺隧道為

3、工程依托，通過MIDAS/GTS數(shù)值計算和現(xiàn)場監(jiān)控量測，對隧道留核心土施工法施工過程進行數(shù)值計算，并與現(xiàn)場監(jiān)控量測數(shù)據(jù)對比，得出留核心土施工法施工對石羊嶺隧道開挖比較合理[1-3]，為高含水率黃土隧道施工積累經(jīng)驗，研究具有一定的參考價值。圖1隧道計算模型1工程概況Fig.1Computationmodelofthetunne石羊嶺隧道位于定西市安定區(qū)。隧道全長1288m，隧道起點端里程樁號K6+232，隧道終點端里程樁號K7+520，洞體最大埋深約表1模型計算材料參數(shù)123.7m，位于K6+824.3m處；進出口

4、均位于黃土沖溝，距鄉(xiāng)村公路較Table1Physicalandmechanicalparametersofmodelmaterials近，交通便利。eol密度彈性模量粘聚力內(nèi)摩擦角層厚隧道位于臨縣境內(nèi)黃土梁峁區(qū)，隧址區(qū)（Q3）黃土大面積覆蓋，微名稱泊松比(KN/m3)(MPa)(KPa)(°)(m)地貌為黃土殘梁、黃土陡坎，隧址區(qū)走向近東北向，山梁頂部較平緩，山梁兩側(cè)為沖溝，山坡為中陡坡。黃土18.50534.420.050.3100石羊嶺梁隧道進口段圍巖由第四系上更新統(tǒng)（Qal+pl）粉質(zhì)粘土組3噴射混凝土24

5、.0015000--0.20.3成，其狀態(tài)為堅硬-硬塑，松軟結(jié)構(gòu)，地下水出水狀態(tài)為滴滲水，圍巖級小導(dǎo)管78.5020000--0.34.5別Ⅴ級。巖體較破碎，含水率高，穩(wěn)定性差，開挖后易坍塌，側(cè)壁不穩(wěn)定，需加超前小導(dǎo)管，本文用于數(shù)值計算的目標斷面為K6+450，隧道埋深70m。2.3現(xiàn)場開挖過程模擬計算所采用的斷面初期支護采用型鋼混凝土聯(lián)合支護，C25噴射依據(jù)現(xiàn)場施工方案，留核心土法施工模擬，先開挖上半部分，再開混凝土、I20a型鋼、鋼筋網(wǎng)聯(lián)合支護，對于Ⅴ級圍巖需在頂部做超前小挖核心土，最后開挖下半部分，在開挖時

6、荷載釋放系數(shù)為0.6，初期支導(dǎo)管，采用準42超前小導(dǎo)管，長3m，混凝土噴層厚度為0.3m。護階段荷載釋放系數(shù)為0.4。2.4數(shù)值模擬結(jié)果分析2隧道施工過程數(shù)值模擬2.4.1隧道圍巖豎向位移分析2．1模型建立2．1．1約束的確定依據(jù)圣維南原理、有限元計算誤差和工程的要求，選取的計算范圍為3～5倍洞徑，但當(dāng)超過5倍洞徑，位移一般控制在5%以內(nèi)，誤差較小。2．1．2鋼拱架力學(xué)模擬運用等效的方法考慮時，采取抗壓剛度相等的原則，并用鋼架的彈性模量折算給噴射混凝土，簡化初期支護，計算為：S×E（a）開挖上臺階豎向位移云圖E=

7、E+gg0Sc上式中，E為折算后混凝土彈性模量；E為原混凝土彈性模量；S0g為鋼拱架截面積，E為鋼材彈性模量；S為混凝土截面積。gc因此模型尺寸長×寬=100m×84m。模型地面為無約束自由面，四周采用橫向變形約束條件，底部采用豎向約束條件。計算中土體采用摩爾—庫侖準則，初期支護采用C25混凝土材料，厚度0.3m。初始應(yīng)力場僅考慮土體自重應(yīng)力場，忽略地層的地層構(gòu)造應(yīng)力。整個模型共個363[4-5]，節(jié)點，共1263單元。地層采用平面單元，初期支護采用梁單元計算模型見圖1。（b）開挖核心土及下臺階豎向位移云圖2．2

8、參數(shù)選取圖2圍巖豎向位移云圖根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告，數(shù)值計算采用的參數(shù)見表1。Fig.2Verticaldisplacementcontoursofthesurroundingrock,作者簡介：辛純濤（1986—），男，助理工程師，主要從事隧道檢測及巖土數(shù)值計算。78科技信息○科教前沿○SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION2013年第5期從圖2隧道的