黄土隧道围岩变形规律分析.pdf

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1、2013年第5期SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION○科教前沿○科技信息黄土隧道围岩变形规律分析辛纯涛吴勇（甘肃省交通科学研究院有限公司，甘肃兰州730050）【摘要】结合石羊岭隧道工程，对高含水率黄土隧道开挖支护后围岩变形进行了研究。利用Midas/GTS有限元分析软件，建立了有限元计算模型，分析了石羊岭黄土隧道开挖支护后的位移场，并与现场监控量测数据进行了分析对比，得到了黄土隧道的围岩变形规律，给出了合理的支护方案。结果表明：留核心土施工法适用于此隧道，并从开挖过程得到隧道位移分布及影响

2、范围；从现场监控量测数据可以得出，变形经历三个过程，最终处于稳定状态。数值计算结果与现场监测数据基本一致，并得到初期支护与二次衬砌间隔的时间为25天。【关键词】黄土隧道；MIDAS/GTS数值计算；现场监测；围岩变形0引言近些年来，甘肃省经济发展迅速，但是发展经济的前提，交通必需先发展。随着高含水率黄土隧道修筑的增加，施工中出现了一些问题，许多学者作了大量的研究。采用隧道理论计算与现场监控量测相结合的方法，为隧道安全施工提供了重要保证，进一步优化了初期支护和二次衬砌的参数，提高了施工速度和质量。本文以石羊岭隧道为

3、工程依托，通过MIDAS/GTS数值计算和现场监控量测，对隧道留核心土施工法施工过程进行数值计算，并与现场监控量测数据对比，得出留核心土施工法施工对石羊岭隧道开挖比较合理[1-3]，为高含水率黄土隧道施工积累经验，研究具有一定的参考价值。图1隧道计算模型1工程概况Fig.1Computationmodelofthetunne石羊岭隧道位于定西市安定区。隧道全长1288m，隧道起点端里程桩号K6+232，隧道终点端里程桩号K7+520，洞体最大埋深约表1模型计算材料参数123.7m，位于K6+824.3m处；进出口

4、均位于黄土冲沟，距乡村公路较Table1Physicalandmechanicalparametersofmodelmaterials近，交通便利。eol密度弹性模量粘聚力内摩擦角层厚隧道位于临县境内黄土梁峁区，隧址区（Q3）黄土大面积覆盖，微名称泊松比(KN/m3)(MPa)(KPa)(°)(m)地貌为黄土残梁、黄土陡坎，隧址区走向近东北向，山梁顶部较平缓，山梁两侧为冲沟，山坡为中陡坡。黄土18.50534.420.050.3100石羊岭梁隧道进口段围岩由第四系上更新统（Qal+pl）粉质粘土组3喷射混凝土24

5、.0015000--0.20.3成，其状态为坚硬-硬塑，松软结构，地下水出水状态为滴渗水，围岩级小导管78.5020000--0.34.5别Ⅴ级。岩体较破碎，含水率高，稳定性差，开挖后易坍塌，侧壁不稳定，需加超前小导管，本文用于数值计算的目标断面为K6+450，隧道埋深70m。2.3现场开挖过程模拟计算所采用的断面初期支护采用型钢混凝土联合支护，C25喷射依据现场施工方案，留核心土法施工模拟，先开挖上半部分，再开混凝土、I20a型钢、钢筋网联合支护，对于Ⅴ级围岩需在顶部做超前小挖核心土，最后开挖下半部分，在开挖时

6、荷载释放系数为0.6，初期支导管，采用准42超前小导管，长3m，混凝土喷层厚度为0.3m。护阶段荷载释放系数为0.4。2.4数值模拟结果分析2隧道施工过程数值模拟2.4.1隧道围岩竖向位移分析2．1模型建立2．1．1约束的确定依据圣维南原理、有限元计算误差和工程的要求，选取的计算范围为3～5倍洞径，但当超过5倍洞径，位移一般控制在5%以内，误差较小。2．1．2钢拱架力学模拟运用等效的方法考虑时，采取抗压刚度相等的原则，并用钢架的弹性模量折算给喷射混凝土，简化初期支护，计算为：S×E（a）开挖上台阶竖向位移云图E=

7、E+gg0Sc上式中，E为折算后混凝土弹性模量；E为原混凝土弹性模量；S0g为钢拱架截面积，E为钢材弹性模量；S为混凝土截面积。gc因此模型尺寸长×宽=100m×84m。模型地面为无约束自由面，四周采用横向变形约束条件，底部采用竖向约束条件。计算中土体采用摩尔—库仑准则，初期支护采用C25混凝土材料，厚度0.3m。初始应力场仅考虑土体自重应力场，忽略地层的地层构造应力。整个模型共个363[4-5]，节点，共1263单元。地层采用平面单元，初期支护采用梁单元计算模型见图1。（b）开挖核心土及下台阶竖向位移云图2．2

8、参数选取图2围岩竖向位移云图根据工程地质勘察报告，数值计算采用的参数见表1。Fig.2Verticaldisplacementcontoursofthesurroundingrock,作者简介：辛纯涛（1986—），男，助理工程师，主要从事隧道检测及岩土数值计算。78科技信息○科教前沿○SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION2013年第5期从图2隧道的