偏压隧道处治措施及稳定性分析

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1、第36卷，第3期Vo1．36，No．320l1年6月Jun．，2011偏压隧道处治措施及稳定性分析吕军(湖南省高速公路管理局，湖南长沙410003)[摘要]以上瑞高速公路怀新段第8合同段青山冲隧道为工程实例，针对左线出口端洞口浅埋偏压情况，为了节约工程投资，实施了反压回填的处治方案，采用数值模拟分析及现场监控量测数据分析了偏压隧道支护结构的受力状态和稳定性，可供类似工程参考。[关键词】偏压；反压回填；数值模拟；监控量测；变形受力特性[中图分类号]U455．4[文献标识码】B[文章编号]1674—061

2、0(2011)03—0149—03ProcessingMeasuresandStabilityAnalysisof公wUnsymmetricalLoadingTunnel路町LiiJun(HunanExpresswayAdministrationBureau，Changsha，Hunan410003，China)工∞[Keywords]Bias；Backpressurebackfilling；Numericalsimulation；Monitoringmeasurement；程gCharacteris

3、ticsofdeformationandstressO引言随着国家高速路网的飞速发展，在山区复杂地形条件下修建隧道的情况日益增多，尤其是地形偏压隧道，其必定与浅埋、软弱或破碎围岩相关联，此类隧道的施工必将对隧道围岩、主体结构及上覆山体的稳定性产生重大影响。国内外关于偏压软弱围岩隧道洞口段施工处治图1k37+965断面的回填示意措施，归纳起来，主要可分为改善偏压情况(如偏压2．1数值仿真模型的建立挡墙、反压回填等)，地表注浆加固，加强初期支护，为方便与现场实测结构做对比分析，得出围岩改变施工方案，加强监

4、控量测等。及支护结构的变形受力特征和规律，选取了与实测相同的典型断面一k37+965断面作为平面数值计1工程概况算的研究对象。青山冲隧道位于上瑞高速公路怀新段第8合同围岩和回填材料采用Mohr—Column屈服准则，段，隧道设计为双洞单向行车双车道隧道，左线起始用平面应变单元模拟；喷射混凝土也视为弹性体，用里程桩号为k37+650一k37+970，左线长320m，隧粱单元模拟，而初期支护中的钢架则用“代换刚度道出口端洞口段为丘陵斜坡地貌，自然坡度为20。法”将其弹性模量折算到喷射混凝土中去；施工中～5

5、0。，表部覆盖残坡积；围岩为全一强风化粉砂岩，由于注浆而改善围岩的力学参数暂不考虑。左边界夹石煤层，结构松散，围岩稳定性差，拱腰最薄处和右边界设为水平方向的位移为零，上边界设为自1．5m，存在严重偏压，见图1。由边界，下边界设为竖向位移为零。模型中共划分了926个单元，930个节点。数值仿真模型见图2。2数值分析围岩和支护结构的材料力学参数如表1所示。[收稿日期】2Oll—O3一I7[作者简介]吕军(1966一)，男，湖南邵阳人，工程硕士，高级工程师，主要从事高速公路建设与管理。15O公路工程36卷所

6、以，从变形的角度来看，青山冲隧道偏压段采取的反压回填措施可以有效控制洞内的水平位移，但由于覆盖层及围岩很软弱的缘故，沉降量还是比较大。2．2．2围岩受力分析图4给出了隧道开挖完后的围岩的最大主应力和最小主应力的分布情况。从图4中分析可知：图2青山冲隧道偏压段仿真模型①围岩的最大主应力出现正值，表明围岩出现了拉应力，但数值较小，最大拉应力为89kPa，主要表1计算力学参数位于仰拱底部，这是由于开挖卸荷作用引起的。②围岩的最小主应力分布基本成层状分布(平行于倾斜地表)，值得注意的是，右墙脚处(深埋侧)的压

7、应力也较大，这是由于应力集中的缘故。最大压应力为942kPa。2．2困岩变形与结构受力分析2．2．1围岩变形分析图3给出了隧道开挖完后的围岩的竖向位移和水平位移的分布情况。从图中分析可知：①拱顶偏右的位置(深埋侧)沉降最大，量值为68mm；在左边地表出现略微的隆起，这主要由于右侧地表倾斜压力造成的。②对于洞内水平位移，左、右拱腰处水平位移均向左(地表倾斜的方向)，洞内相对收敛(视为扩张)为5mm。雌m■-一∞一N¨⋯．，⋯．，⋯⋯§B。⋯一～一⋯一啪一fh)最小主应力_■鹏图4围岩主应力分布⋯一t姆玎

8、2■⋯⋯∞m22．2．3围岩塑性区分布情况图5给出了隧道开挖完后的围岩塑性应变分布～情况。从图5中分析可知：围岩发生塑性应变的范■⋯一”～一围很小，主要位于左边墙；塑性应变的量值也很小，一最大的塑性应变值为0．O01。一一⋯。2．2．4初期支护受力分析⋯3~．002图6给出了喷射混凝土的轴力和弯矩分布情一．∞e⋯～⋯。况。从图6中分析可知：lI_⋯。一①由于隧道偏压，轴力和弯矩不关于隧道轴线⋯⋯fb)水平位移分布对称；图3围岩位移分布②右墙脚(深埋侧)的