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1、第29卷第5期中外公路2042009年10月文章编号:1671-2579(2009)05-0204-04地形与地质构造偏压隧道结构受力分析12高世军,张学民(1.贵州省交通规划勘察设计研究院,贵州贵阳550001;2.中南大学)摘要:通过对贵州三凯高速公路松皆雅隧道工程地质情况的现场调查,对隧道支护结构压溃机理进行了理论分析,并提出了相应加固处治方案。结果表明,地形偏压和地质构造偏压的复合作用是引起地表岩体开裂和支护结构压溃破坏的主要原因,在地形偏压不显现的情况下,顺倾地质构造偏压对隧道支护结构受力和变形起着控制作用。针对不同偏压情况,提出了地表锚索、抗滑桩加固和洞内支护加强相结合的综合治理方
2、案,应用实践证明了处治方案的合理性,可供类似隧道工程参考。关键词:隧道工程;地形偏压;地质构造偏压;压溃机理;地层加固1引言2工程概况所谓偏压隧道,就是指由于种种原因引起围岩压松皆雅Ⅱ号隧道位于贵州省三凯高速公路段,隧力呈明显的不均匀性,从而使支护结构受偏压荷载的址穿过两个山梁及一个沟谷洼地,为双线单洞隧道,左隧道。根据引起偏压来源的不同,可将偏压隧道分为:洞长535m,右洞长430m,隧道中轴线相距40m。隧地形引起的偏压、地质构造引起的偏压、施工原因引起道洞口段里程ZK122+310～ZK122+405,为浅埋、严重偏压段,长达100m。的偏压,其中地形偏压隧道最为常见。本隧道横穿一发育向
3、斜,受向斜构造影响,隧道区对于地形偏压和地质构造偏压,一旦隧道空间位岩层产状变化大。隧道进口向斜NE翼岩层产状:置确定,由于地形或地质构造原因产生的地形偏压或N20°～25°E/NW∠30°～45°,隧道出口向斜SW翼岩地质构造偏压也就确定了,要想改变偏压的影响具有层产状:N10°～20°E/SE∠40°～45°。出露地层为前震相当的难度,必须采取相应的技术措施加以解决。而旦系上板溪群的老地层,受后期多次构造作用破坏,岩由不同的施工方法和施工顺序所产生的施工偏压是可体节理裂隙十分发育,其工程地质特性主要受裂隙影以控制的。在隧道地形和地质构造偏压已经确定的情响和控制。工程区出露地层由新到老主要有
4、:①第四况下,尽可能采用合理的施工方法和施工顺序,可以在系覆盖层,主要为黑色腐殖土、黄色粘土夹碎块石及碎一定程度上减小地形和地质构造偏压对结构和岩体应石土,在隧道区广泛分布,厚0～2.60m;②基岩,主要力和变形的影响。目前,国内对偏压隧道的研究主要为前震旦系上板溪群清水江组第二段的黄色、浅灰色及局限于地形偏压隧道。而对于地质构造引起的偏压,灰色薄至中厚层硅质胶结变余石英夹砂岩,节理裂隙十亦开始引起国内外学者的高度重视。但对于隧道同时分发育,岩体不均一风化及差异性风化特点明显,一般存在地形偏压和地质构造偏压的工况研究较少。垂直风化深度为10.0～15.80m,最深可达21.60m。本文针对松皆
5、雅Ⅱ号隧道施工中出现的衬砌压溃和山体开裂等问题,在分析该隧道工程地质条件基础3隧道支护结构压溃机理分析上,通过讨论地形偏压和地质构造偏压对隧道受力和变形特征的影响,分析了隧道支护结构压溃和山体开3.1隧道结构与山体破坏情况裂的原因和机理,并提出了相应加固处理方案。通过对隧道洞口段ZK122+310～ZK122+405收稿日期:2009-03-25基金项目:国家自然科学基金资助项目(编号:50808178)作者简介:高世军,男,硕士,高级工程师.2009年第5期高世军,等:地形与地质构造偏压隧道结构受力分析205范围进行现场复测,实测地形横断面和地形平面图如法,建立力学模型,分别定性分析了地形偏
6、压和地质构图1、2所示。隧道洞口段地形偏压较为严重,地表倾造偏压对隧道结构受力和变形特征的影响。角约45°,隧道外侧最小埋置深度8m左右,其中局部3.2地形偏压对隧道结构受力和变形的影响最小埋深仅3～5m。为了比较地形偏压和地质偏压的不同作用机理,对于地形偏压,将地层等效为各向同性均质岩体。根据工程地质资料和公路隧道设计规范,确定土层与支护结构参数,采用FLAC2D软件,建立地形偏压作用下单洞力学模型,围岩服从M-C屈服准则,初始应力仅考虑自重应力。初期支护及二次衬砌均采用梁单元。隧道开挖瞬间应力释放为20%,初支完成后释放20%,二衬施作后释放60%。图3是二次衬砌弯矩分布规律。图1隧道洞口
7、ZK122+370顺倾偏压地形横断面图3二次衬砌弯矩分布规律从图3可知,二次衬砌弯矩分布沿隧道断面变化图2隧道洞口段平面地形图极不规则,由于地形偏压作用,弯矩沿隧道中线呈不对2003年7月开工后,隧道上半断面掘进12m时,称分布,左右两侧弯矩作用方向相反,与无偏压情况的隧道结构出现了明显的不收敛变形,山体逐步出现较隧道内力分布截然不同,支护结构发生整体向右侧的大的纵向裂缝,隧道内部支护结构同样也发
