隧道开挖后围岩松动区及衬砌荷载分析

隧道开挖后围岩松动区及衬砌荷载分析
高乾丰1，董辉1，胡柏学2，李智飞1
(1.湘潭大学土木工程与力学学院，湖南湘潭411105；2.湖南省交通科学研究院，湖南长沙410015)
[箱要]基于某隧道施工监测，以IV级围岩为例，利用锚杆轴力反算得到围岩塑性圖与松动围厚度，同时通过围岩压力与两层支护间压力得到初支与二村分担的荷载比例。采用MIDAS,/GTS有限元软件，针对典型断面建立隧道模型，得出了围岩的塑性图厚度在2m范围内，并用弹簧单元模拟初支与二村间的相互作用，得到了两层支护间压力及二村轴力。数值模拟与实测数据规律趋同显示了现场监测与理论分析的可靠性。

内容摘抄：

1工程概况
广西阳鹿高速公路东高岭隧道左右洞平均长1145．67m，为长隧道，属分离式+小净距的组合隧道。隧道左右洞最大埋深平均182m，峰脊呈北西一南东走向，由于长期的构造作用及地表流水的侵蚀作用，表现出不同的微地貌单元。隧址区的地层由新至老分别为第四系残坡积层(含砾黏土，土质不均匀，砾石成分主要为强风化泥质细砂岩、砂岩)、泥盆系下统莲花组(泥质细砂岩，属碎屑沉积岩类，局部渐变为砂岩或泥岩)。隧道从洞口至最大埋深处依次通过V级、Ⅳ级、Ⅲ级围岩，其中Ⅳ级围岩处小净距隧道的支护参数为：采用超前锚杆作为辅助施工措施对围岩进行超前支护与加固；初期支护采用20cm厚C20喷射混凝土、中6．5mm钢筋网@25cm×25cm，西22mm砂浆锚杆@100cm×100cm，￡=3．Om)，钢格栅拱@100cm；仰拱及二衬采用40cm厚C25钢筋混凝土。

2监测与数据分析
根据《公路隧道施工技术规范》JTG F60—2009的要求，为了更好地掌握围岩及支护结构的动态，了解隧道的稳定情况，在东高岭隧道开挖后及时现场布点开展了选测项目的监测工作。本文选取K52+610断面进行重点分析，该断面采用上下台阶法施工，左、右洞初期支护和二次衬砌的施工时间间隔分别为68，59d，衬砌内轮廓为拱高7．40m、上半圆半径5．65m的三心圆曲边墙断面形式，净空面积(含仰拱)69．89m2，周长(含仰拱)33．04m，隧道埋深123m，属于Ⅳ级围岩，围岩完整性较差，岩体较破碎，节理裂隙发育，在整个Ⅳ级围岩区段中具有较好的代表性。

3数值模拟
本次数值模拟采用MIDAS／GTs岩土隧道结构专用有限元分析软件。

4 结语
1)通过对锚杆轴力的监控量测，反算得到Ⅳ级围岩的塑性圈厚度为1．79m、松动圈厚度为O．55m，说明该断面围岩的松动区得到了有效控制。但实际上，围岩在支护前往往已有部分变形，故以上结果略有偏小。建议施工过程中尽量缩短开挖时间，避免过度扰动围岩，并及时进行初期支护。
2)通过对围岩压力及两层支护间压力的监测，得到Ⅳ级围岩下二次衬砌承受的荷载比例大致为28％，验证了《公路隧道设计规范》中复合式衬砌的二次衬砌在Ⅳ级围岩下为承载构件，其荷载分担比为20％一40％的结论。由此可知软弱围岩隧道中的二次衬砌通常承受了较大的荷载，故应重视对二次衬砌的施工监控，并根据监测结果及时调整支护参数以达到保证施工安全和优化设计的目的。

（略）

投稿会员：可爱莹