关于隧洞底板隆起的处理方法研究

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1、关于隧洞底板隆起的处理方法研究摘要：以�山隧洞为研究对象，建立数学模型，模拟实际的底板隆起现象，通过有限元解析，得出桩的位移及轴力的变化、山体的围岩压力与位移的变化、以及受到的桩的影响的隧洞底板的轴力与位移变化。阐述了桩抑制隧洞底板膨胀的原理，确定最好的抑制方法。关键词：数学模型；有限元分析；轴力与位移变化中图分类号：U448文献标识码：A1、背景与目的近些年，高速公路的隧洞经常会出现一些隧洞底板隆起的变形现象。而发生底板隆起变形现象的隧洞多数为使用超过十几年以上的隧洞，变形原因几乎可以判定为受到塑性压力的

2、影响。6作为高速公路管理局的处理方法，当底板隆起的位移量较小的情况时，则采用切割变形的底板，之后重新进行覆盖，保证公路畅通。可是这种方法采用多了，到最后就无法进行处理了，只能重新修建隧洞的底拱。而在修建新的隧洞底拱时，进行底板下面的土体及山体开挖，因为在交通开放的状态下进行施工是非常困难的，所以必须规定停止隧洞通行。还有一种与重新修建隧洞底拱具有相同目的的处理方法，就是锚杆（竖直向下）、小型桩、桩（钢管桩、混凝土桩等）等隧洞底板下的处理方法。而这种方法可以在一侧车道限制的情况下，进行施工。与重新修建底拱相比

3、较，施工时间较短，采用桩（管、锚杆等）的施工案例越来越多。因此关于底板的变形的处理方法着重研究桩，把确立设计方法为研究目标，本次研究以�山隧洞为研究对象，通过模型数值分析，进行模拟实际的底板膨胀现象。并且明确根据由于桩施工所设计的一次衬砌和底板的影响、变形抑制效果，评价桩的�力及抑制隆起的效果。最后进行注明桩发挥抑制底板膨胀现象的原理及过程，提出最好的方法。2、混凝土桩及桩的配置左侧图1是混凝土桩的示意图。关于混凝土桩的配置，主要把桩径（100、200、300、400mm）、桩长（4、6、8、10m）、根数

4、（4、6、8根）等作为参数，划分不同的案例，进行解析，来验证桩对底板隆起现象的抑制作用。3、关于桩的抑制效果的验证关于桩的施工是在混凝土底板被破坏的时候使用。依靠山体与桩之间的附着力、摩擦力，来发挥桩的抑制效果。6桩的抑制效果主要通过一次衬砌和底板的变形（位移）和轴力、以及山体的内部变形（位移）、应力来进行验证。而解析模型如下图2，山体、隧洞及桩的物理参数如下表1。而山体看作为Mohr-Coulomb模型的完全弹塑性体。弹性系数N/mm2泊松比单位体积重量N/mm3粘着力N/mm2内部摩擦角Deg山体360

5、.42.0e-50.31925一次衬砌3600.22.3e-5二次衬砌220000.22.3e-5底板220000.22.3e-5桩220000.22.3e-5山体强度降低360.42.0e-50.20251）位移（变形）：随着桩径、桩长、根数的增加，位移整体的减少。而关于隧洞内空位移，影响最大的参数是桩的根数，内空位移差的最大值为13mm。而桩径与桩长的影响几乎是相同的，大致6mm。而关于山体内部位移（从隧洞中心向下的竖直位移），桩长的影响最大，桩长4m的时候，大致50mm，桩长6m的时候，大致10mm。

6、2）轴力：随着桩的根数的增加，轴力也相应的增加，这是桩与底板的结合部轴力增加的主因。3）最大主应力：根6据桩的施工，桩的抑制效果，最大主应力从拉伸力变为压力。但是桩径的影响效果很小，并且桩的根数（6根与8根）和桩长（6m与8m）的最大主应力几乎相同，影响较小。4、结论根据桩的数值分析，能够确认抑制底板隆起的效果非常明显。另外，桩的根数的影响比桩长、桩径大，按照补强效果的增加，底板、山体的竖直位移、轴力和应力也减少。而本次的�山隧洞的数值分析，当桩长为6m、桩径为400mm，根数为8根的时候，效果是最好的。参

7、考文献：1)原田�：ロックボルト��トンネルの�期��，�道土木，Vol27，No.11，1985.2)高木敏雄：���トンネルの�状と�策，トンネルと地下，Vol28，No.11，1997．3)小西康人：地すべりによる�道トンネルの�状と�策，基�工，2004．4)渡�康夫，��一博，�木尊：供用中の新��トンネルで�生した路�隆起の原因とその�策，トンネルと地下，第38�9号，pp.7-16，2007．65)佐久�智，菅原�夫，多田�：供用トンネルで�生した�状とその�策，土木学会第64回年次学��演会

8、，CD-ROM，Ⅲ-402，2009．6)�井武，内田早月，富永敏雄：ボルト支保による�膨れの抑制（第二�）－大型模型��による定量的��－，��と保安，Vol.29，No.9，1983．7)大�健二，伊藤哲男，畔高伸一，森崎泰隆，蒋宇静：トンネルの�膨れ�象の��的解明，トンネル工学�文集，第15�，pp.13－22，2005．8)土木学会：トンネルの�状メカニズム，p.46，2003．9)仲野良�：膨�性地山