层状围岩隧道受力特征分析及支护参数确定

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1、1层状围岩隧道受力特征分析及支护参数确定丁礼建(中铁十九局集团第一工程有限公司，辽宁辽阳111000)摘要：当隧道在层状围岩中通过时，根据隧道轴线方向与岩层的空间关系不同，往往引起偏压等问题，从而使支护受偏压荷载。目前《公路隧道设计规范》中建议的隧道复合式衬砌设计参数主要针对普遍地质情况，而对于层状岩体中的公路隧道支护参数没有具体规定。采用数值分析的方法，建立相应的计算模型，系统分析了不同倾角情况及隧道轴线与岩层走向不同夹角下层状岩体隧道的受力特征，提出了不对称支护参数设计理念，并初步确定了不同岩层倾角下隧道的支护参数。关键词：层

2、状围岩；偏压隧道；支护参数；数值模拟D0I：10．13219／j．gJgyat．2014．01．014中图分类号：U451．2文献标识码：A文章编号：1672-3953(2O14)01—0053一O5自然界普遍赋存大量的层状岩体，由于倾斜层状岩体在沿层面方向和垂直层面方向力学特性的差异，这类岩体不能视为各向同性岩体；同时层面的存在造成了围岩的不连续性。当隧道穿越层状岩体地层时，围岩发生的变形、破坏以及坍塌具有特殊的形态，不同岩层倾角下支护结构的受力也表现出不对称性。因此，有必要研究此种条件下隧道支护及衬砌结构的受力特征，以达到保证

3、结构安全、控制投资的目的。对此，已有学者进行了相关研究L1]，但是图1Flac3d计算模型未见对于不同倾角及隧道轴线与岩层走向不同夹角数值计算采用ubiquitous遍历节理模型，可考情况下支护结构的受力特征和相应的支护参数的系虑节理岩层的倾向、倾角、粘聚力、内摩擦角、抗拉强统研究，本文利用数值计算软件分析不同倾角条件度等参数的影响，岩体的剪切屈服采用非关联的流下支护及围岩的受力特征，从而确定合理支护参数。动法则，受拉屈服采用关联的流动法则，隧道开挖采用null模型实现。1计算模型1．3计算参数选取1．1计算范围隧道参数按照IV级

4、围岩选取。围岩参数见表1。为减少边界约束效应，计算范围按左右边界距加固圈的参数在IV级围岩参数的基础上提高30。隧道中心线距离不小于4倍洞跨考虑，底部边界距1．4计算工况隧道底部的距离按不小于4倍隧道高度考虑，隧道根据隧道断面尺寸和围岩情况，本计算采用台埋深按150m考虑，整个计算模型在x、Y、三个方阶法开挖方案，开挖循环进尺2．5m，加固圈范围为向尺寸为100m×30ITI×116．73m，轴正向为隧3．5m。开挖完上台阶后进行径向锚杆注浆加固、道开挖方向，z轴正向向上为正。计算模型网格见图架立钢架和喷射混凝土，再开挖下台阶，并

5、施作下台1。围岩和二次衬砌采用六面体实体单元，初期支护阶初期支护。上下台阶加固和支护滞后开挖1个循采用实体单元，整个计算模型共56610个实体单元。环。为计算节理岩层特征对隧道开挖后支护结构的1．2本构模型影响，首先假设岩层走向与隧道纵向一致，分别采用倾角1O。、2O。、3O。、4O。、50。、6O。、7O。、8O。、9O。几种情况收稿日期：2013-12-19作者简介：丁礼建(1971一)，男，高级工程师，主要从事隧道工程按ubiquitous模型进行计算；其次按岩层倾角为施工和管理工作45。，分别采用隧道轴线与岩层走向成1O。

6、、2O。、30。、国防交通工程与技术囵2oi4第l期·实例分析·层状围岩隧道受力特征分析及支护参数确定丁礼建大的喷射混凝土厚度。初步确定的支护参数见表6。表6不同倾角条件下支护参数量略走向／。图5隧道关键部位位移随走向变化图宜太小，一般不小于6O。。3．2围岩走向对围岩塑性区影响为了分析不同走向对隧道开挖后围岩受力的影响，选取中间断面，分析围岩应力，围岩塑性区最大深度统计结果见表5。由表5可以看出，随着隧道轴线与岩层走向夹角的增大，围岩塑性区的范围逐渐减小，且拱部的塑性区大于其他部位。表5不同倾角条件下围岩塑性区半径统计结果5结束

7、语在层状岩体隧道中，根据围岩及支护结构的受力特征，应考虑结构的不对称性。采用超前小导管注浆和超前锚杆注浆加固围岩、改变径向锚杆方向、增大支护参数等措施，保证隧道施工和运营安全。参考文献[1]周应麟，邱喜华．层状岩层围岩隧道稳定性的探讨[J]．地4不同倾角条件下支护参数确定下空间与工程学报，2006(2)：345-348根据《公路隧道设计规范》规定，Ⅳ级围岩两车E2]贾蓬，唐春安，杨天鸿，等．具有不同倾角层状结构面岩道公路隧道复合式衬砌的支护参数为：C20喷射混体中隧道稳定性数值分析l-J]．东北大学学报，2006(11)：凝土l2

8、～15cm，拱墙锚杆长度2．5～3．0m，间距1275—12781．0～1．2m，拱墙采用格栅钢架。根据以上计算结E3]钟放平．水平层状围岩隧道锚喷支护参数优化试验研究[J]．铁道科学与工程学报，2008(1)：59—63果，层状岩体隧道支护结构的