降雨对小净距大跨度隧道开挖松动区的影响.pdf

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1、铁道建筑64ＲailwayEngineeringApril，2017文章编号:1003-1995(2017)04-0064-04降雨对小净距大跨度隧道开挖松动区的影响1，21朱苦竹，王阳(1．桂林理工大学土木与建筑工程学院，广西桂林541004;2．广西岩土力学与工程重点实验室，广西桂林541004)摘要小净距大跨度隧道在洞口段易受到浅埋偏压作用，隧道开挖会造成上覆岩土体出现大范围松动区，在降雨条件下更易出现地表塌陷与拱顶塌方。本文改进了围岩切向应力扰动系数公式，依托广州龙头山双洞八车道隧道工程，利用有限差分软件FLAC3D对隧道洞口段在是否考虑降雨2种条件下开挖产生的松动区进行分析。

2、分析结果表明:运用工程实际采用的双侧壁导坑法模拟开挖，隧道围岩产生的松动区范围较大且在拱顶上部产生交汇区域，中部核心土开挖时影响较小;考虑降雨渗流场之后开挖，在流固耦合作用下左右2个隧道围岩松动区面积增长分别约为30%，42%;隧道围岩松动区不对称分布和雨水渗流作用加剧了隧道偏压变形，并导致上部地表沉降最大增长33%左右。关键词公路隧道;小净距隧道;理论分析;降雨;流固耦合;松动区中图分类号U455文献标识码ADOI:10．3969/j．issn．1003-1995．2017．04．17隧道洞口段一般埋深较浅，围岩自稳能力差，又受化及其影响的研究较少。鉴于此，本文依托广州龙头到岩层倾斜

3、偏压作用，在南方地区由于降雨频繁，岩土山隧道工程，利用有限差分软件FLAC3D对隧道洞口体弱化，洞口坍塌等事故屡见不鲜。段开挖产生的松动区进行分析。隧道开挖对原岩产生扰动，造成围岩应力重分布，1工程概况重新分布的应力可能会超过岩体的强度，致使围岩中出现破碎与松动区域。早期的普式理论和太沙基理论该隧道位于广州市区，采用分离式左右双隧道设就提出压力拱下的松散压力问题。随着时代发展，新计，单个隧道宽22m，出口段左右隧道净距23m，左隧［1-3］的理论与技术用于测量围岩松动区范围。在研究道上覆土层厚17.5～21.5m，右隧道上覆土层厚5.5［4］隧道围岩松动区形成机理及分布规律方面，彭琪等

4、～11.5m。岩土体及支护物理力学参数见表1，隧道采用数值方法对浅埋小净距隧道进行了力学分析。白处于Ⅳ级和Ⅴ级围岩环境中，隧道开挖前采用管棚超［5］浪峰等通过模型试验研究连拱隧道松动区内应力前支护，开挖时采用双侧壁导坑法。［6］特征。陈建功等将围岩松动区分为动力产生的破2有限差分法数值模拟碎区与静压产生的塑性软化区，根据弹性力学以及残［7］余强度理论得到围岩松动区计算公式。曲海峰考2.1模型的建立及模拟方法虑了隧道开挖过程引起的松动范围变化提出过程载荷以洞口段ZK-730和YK-730断面数据为设计依［8］计算方法，章慧健等通过采用切向应力扰动系数分据，模型(见图1)左右边界为隧道跨度

5、的3倍，纵向析了分部开挖的隧道松动区演变情况。在隧道建设时30m。左隧道拱顶距地表19m，上覆岩层倾斜角度为［9-10］围岩和水的流固耦合问题上，吉小明等根据岩体10°。右隧道拱顶距地表10m，上覆岩层倾斜角度为基本结构、力学性能和渗透性提出流固耦合模型建立20°。模型底部边界约束竖向位移，左右边界约束横向方法，并运用数值方法研究地下水对围岩应力应变的位移，前后边界约束纵向位移，顶部为自由边界。超前影响。随后学者们虽然对考虑渗流条件后隧道的整体稳定性研究较多，但是对开挖过程中围岩松动范围变收稿日期:2016-10-10;修回日期:2017-02-10基金项目:国家自然科学基金(4110

6、2202)作者简介:朱苦竹(1976—)，男，副教授，博士。E-mail:wuzhu3u@126．com图1隧道模型2017年第4期朱苦竹等:降雨对小净距大跨度隧道开挖松动区的影响65表1岩土体及支护物理力学参数3岩土体及支护埋深/m密度/(kg/m)黏聚力/kPa内摩擦角/(°)杨氏模量/GPa泊松比砾质亚黏土0～916602024.50.140.38全风化花岗岩9～1918004025.00.250.37强风化花岗岩19～4419005028.00.410.37弱风化花岗岩44～85210020030.01.890.28初期支护250032.50.20二次衬砌260034.00.2

7、3临时钢架78502000.31超前支护23003.60.30支护采用厚度2m的管棚，采用提高岩体参数的办法等效，先对深埋的左隧道进行开挖，然后进行右隧道开挖。按照图2所示顺序开挖，每步开挖后施作初期支护和临时钢架。中部核心土自上到下依次开挖。每步开挖纵向距离为3m。待整个断面开挖完毕之后，拆除临时钢架，施作二次衬砌。图3松动区示意图2开挖顺序2.2结果与分析2.2.1不考虑降雨隧道开挖后，在围岩中形成的松动区域内部将形图4松动区演变成破裂松散