公路偏压隧道围岩力学机理分析与工程应对措施

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1、公路隧道2015年第1期(总第89期)公路偏压隧道围岩力学机理分析与工程应对措施李永明叶建忠应础斌(浙江省交通规划设计研究院杭州310006)捅要本文结合有限元数值模拟探讨偏压隧道的围岩压力形成原因及分布规律。根据围岩的破坏模式，采用不同计算方法对衬砌结构的安全度进行计算，并提出边坡稳定性的影响因素及治理措施。分析结果表明，衬砌的受力主要由上覆土柱压力以及围岩沿着破碎带处滑移产生剪切变形形成，破碎带对边坡稳定性起到主要控制作用。由于断层破碎带的存在，衬砌与破碎带相交处受力明显不利，形成突变。针对断层破碎带力学性能差以及偏压隧道受力不均匀现象，提出了抗

2、滑桩与钢花管注浆共同作用等地基加固治理方案以及施作挡土墙以平衡隧道两侧土压力等措施来提高稳定性，挡土墙的高度及位置因为与偏压角度以及断层走向有关，宜通过具体计算确定。关键词偏压隧道断层破碎带边坡稳定治理措施岩体就地形引起偏压会沿层理面出现滑动。其压力I引吾的分布主要与下列因素有关：①围岩的工程地质条中国山区地形地势陡峻险要，地质成因复杂，随件及控制性裂隙、节理或层理(统称为弱面)的产状着隧道建设规模的增大，遇到的问题也越来越多，比及其隧道轴线的组合关系；②围岩扰动范围；③控制如偏压隧道。隧道洞口处由于受到自然和人为条件性软弱面的强度及作用在弱面上的法

3、向力的大小的影响，一般地质条件都比较复杂，浅埋、偏压、软弱等。隧道一侧受两个倾斜的软弱面及一组节理面所围在隧道设计和施工中都是经常遇到的，偏压荷载切割时，会形成不稳定块体，当围岩的内摩擦角小于(地表倾斜，符合偏压条件，埋深小于2．5倍坍落高软弱面倾角时，岩层将沿弱面滑动并产生偏压。度的浅埋隧道，简称偏压隧道)对隧道结构体系产生2．2偏压隧道围岩压力计算理论很大影响，如裂缝的产生。浅埋隧道围岩通常强度较低，隧道开挖后难以目前国内学者对偏压隧道的研究主要通过模型形成承载拱，因此浅埋隧道围岩压力计算与深埋隧试验与数值模拟结合工程实际等手段，如：西南交通道不

4、同，主要计算方法，包括土柱理论、太沙基法以大学钟新樵教授以宝中线老头沟隧道为原型进行了及铁路、公路隧道设计规范所推荐方法，这些方法大土质偏压隧道衬砌模型试验_l；浙江大学王立忠、郭多基于极限平衡理论。由于假设条件的不同，各种冬杰进行运用分解叠加的等效原则解出了一般条件算法的计算结果也有一定的差别。下地形偏压隧道围岩的二次应力场的解析解；中针对隧道围岩压力的理论计算，目前主要是采南大学的刘宝深、杨小礼等人将影响偏压隧道结构用极限分析法进行，即在假定的某种形式(主要是直稳定性的因素概括为四个指标；周晓军教授从理线)破裂面的基础上，基于力的平衡条件，建立极

5、限论分析和模型试验两个方面对地质顺层偏压隧道的函数方程，然后通过上限法或下限法等手段搜索得围岩压力进行了研究，推导了围岩压力的计算方法，到相应的压力荷载大小。该方法在边坡稳定、地基并从试验量测数据得出了围岩压力的变化规律[4]。承载力以及土压力问题中得到了广泛的应用和发展，取得了较丰富的研究成果_5]。2理论分析3数值模拟2．1偏压隧道围岩压力形成原因(1)地形原因3．1计算假定隧道傍山，地面显著倾斜，侧压力较大，且隧道(1)围岩的力学模型以连续介质力学为主，围岩埋深较浅。都是各向同性的弹塑性材料，材料塑性屈服准则采(2)地质原因用较符合岩土材料的屈

6、服和破坏特性的德鲁克普因岩层产状倾斜、节理发育，其间又有软弱结构拉格屈服准则。喷射混凝土和二次衬砌等支护结构面或滑动面，自稳能力极差，施工中一旦受到扰动，按线弹性材料计算，二次衬砌用梁单元模拟，围岩用·]4·公路隧道2015年第1期(总第89期)墙，挖孔时也应跳孔开挖，加强地质及滑坡观察，注大学报，1996，31(6)：602—606．意施工安全；e．滑坡体上打设锚索框架梁等其他防[2]王立忠，郭东杰．偏压隧道二次应力场分析及应用力学护形式，进行边坡防护，特别注意完善排水系统。与实践[J]．力学与实践，2000，22(4)：25—28．④围岩注浆加固

7、[3]杨小礼，等．偏压隧道结构稳定性评价的信息优化分析．岩石力学与工程学报．2002，21(4)：484—488．对于病害破坏程度较大的偏压隧道，除了在洞[43周晓军，等．地质顺层偏压隧道围岩压力及其分布特点内增加临时支撑进行加固外，还应采用小钢花管给的试验研究[J]．现代隧道技术，2006，43(1)：12—21．松动围岩注水泥或水泥水玻璃浆液，改善围岩的物[5]DonaldI，ChenZY．SlopeStabilityAnalysisbytheUp—理力学特性，减弱偏压荷载。注浆时特别应注意注perBoundApproachFundamental

8、sandMethods[J]．浆压力，不可因注浆压力过大而造成支护结构发生CanadianGeotechni