软弱围岩隧道管棚水平旋喷组合预加固变形规律

第３５卷第５期　２０１５年５月　隧道建设　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｖ０１．３５　Ｎｏ．５　Ｍａｙ　２０１５　软弱围岩隧道管棚水平旋喷组合预加固变形规律　赖金星　，汪（１．长安大学公路学院，陕西西安珂　，郭春霞　，李锋宁。　７１００５５；　７１００５４）　７１００６４；２．西安建筑科技大学理学院，陕西西安３．陕西省铁路投资集团有限公司，陕西西安摘要：为研究软弱围岩地层管棚水平旋喷桩组合结构的预加固效果，采用三维弹塑性有限元方法对比分析了单独使用管棚、单独　使用旋喷桩、管棚与旋喷桩组合预加固及无加固４种工况下隧道结构体系的位移变化规律。结果表明：１）水平旋喷桩和管棚２种　工法中，水平旋喷桩预加固工法控制拱顶下沉、拱脚收敛值和掌子面稳定性能力显著；２）管棚预加固工法控制地表沉降的能力较　强；３）管棚和旋喷桩组合结构控制拱顶沉降和拱脚收敛，掌子面水平位移性能突出，管棚水平旋喷桩组合结构使地表沉降减小　９１．３％，拱顶沉降减小７６．２％，拱脚收敛减小７６．３％，其地表最大沉降值为２．７　ｍｍ，拱顶最大沉降值为２５　ｍｍ，拱脚最大收敛值为４　ｍｉｌｌ，最小收敛值为一９．４　ｍｍ，加固效果明显。　关键词：软弱围岩；隧道；水平旋喷桩；管棚；数值模拟；沉降变形规律　ＤＯＩ：１０．３９７３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—７４１Ｘ．２０１５．０５．００３　中图分类号：Ｕ　４５５　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７２—７４１Ｘ（２０１５）０５—０４０４—０９　Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｌａｗ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　Ｐｉｐｅ　Ｒｏｏｆ　ａｎｄ　Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　Ｊｅｔ－Ｇｒｏｕｔｉｎｇ　Ｐｉｌｅ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ　ｉｎ　Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ　ｉｎ　Ｗｅａｋ　Ｓｔｒａｔａ　ＬＡＩ　Ｊｉｎｘｉｎｇ　，ＷＡＮＧ　Ｋｅ　，ＧＵ０　Ｃｈｕｎｘｉａ　，ＬＩ　Ｆｅｎｇｎｉｎｇ　（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＨｉｇｈｗａｙ，Ｃｈａｎｇ’ａｎ　Ｕｎｉｖｅ￣ｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ　７１００６４，Ｓｈａａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，Ｘｉ’ａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ　７１００５５，Ｓｈａａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ；　３．Ｓｈａａｎｘｉ　Ｐｒｏｖｉｎｃａｌ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｉ’ａｎ　７１００５４，Ｓｈａａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｌａｗ　ｏｆ　ｔｕｎｎｅｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｉｎ　４　ｃａｓｅｓ，ｉ．ｅ．，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｏｎｌｙ　ｐｉｐｅ　ｒｏｏｆ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｏｎｌｙ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｊｅｔ—ｇｒｏｕｔｉｎｇ　ｐｉｌｅｓ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｉｐｅ　ｒｏｏｆ　ｃｏｕｐｌｅｄ　ｗｉｔｈ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｊｅｔ—ｇｒｏｕｔｉｎｇ　ｐｉｌｅｓ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｎｏ　ａｄ—　ｖａｎｃｅ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ，ａｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｂｙ　ｍｅａｎｓ　ｏｆ　ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｅｌａｓｔｉｃ—ｐｌａｓｔｉｃ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ，ＳＯ　ａｓ　ｔｏ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｉｐｅ　ｒｏｏｆ　ｃｏｕｐｌｅｄ　ｗｉｔｈ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｊｅｔ－ｇｒｏｕｔｉｎｇ　ｐｉｌｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｕｎｎｅｌ　ｉｎ　ｗｅａｋ　ｓｔｒａｔａ．Ｃｏｎｃｌｕ—　ｓｉｏｎｓ　ｄｒａｗｎ　ａｒｅ　ａｓ　ｆｏｌｌｏｗｓ：１）Ｔｈｅ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｊｅｔ－ｇｒｏｕｔｉｎｇ　ｐｉｌｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｓｕｐｅｒｉｏｒ　ｉｎ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｃｒｏｗｎ　ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ，ａｒｃｈ　ｓｐｒｉｎｇ　ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｆａｃｅ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ，ｗｈｉｌｅ　ｔｈｅ　ｐｉｐｅ　ｒｏｏｆ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｓｕｐｅｒｉｏｒ　ｉｎ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｔｈｅ　ｇｒｏｕｎｄ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｓｅｔｔｌｅ—　ｍｅｎｔ。２）Ｔｈｅ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｐｉｐｅ　ｒｏｏｆ　ａｎｄ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｊｅｔ－ｇｒｏｕｔｉｎｇ　ｐｉｌｅｓ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｎ　ｏｕｔｓｔａｎｄｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｃｒｏｗｎ　ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ，ａｒｃｈ　ｓｐｒｉｎｇ　ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｔｕｎｎｅｌ　ｆａｃｅ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ：ｔｈｅ　ｇｒｏｕｎｄ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　ｉｓ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ｂｙ　９１．３％，ｔｈｅ　ｃｒｏｗｎ　ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　ｉｓ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ｂｙ　７６．２％，ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｒｃｈ　ｓｐｒｉｎｇ　ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ　ｉｓ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ｂｙ　７６．３％；ｔｈｅ　ｍａｘｉ—　ｍｕｍ　ｇｒｏｕｎｄ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　ｉｓ　２．７　ｍｍ，ｔｈｅ　ｍａｘｉｍｕｍ　ｃｒｏｗｎ　ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　ｉｓ　２５　ｍｍ，ｔｈｅ　ｍａｘｉｍｕｍ　ａｒｃｈ　ｓｐｒｉｎｇ　ｃｏｎｖｅｒ・　ｇｅｎｃｅ　ｉｓ　４　ｍｍ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｉｎｉｍｕｍ　ａｒｃｈ　ｓｐｒｉｎｇ　ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ　ｉｓ一９．４　ｍｍ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｗｅａｋ　ｓｔｒａｔｕｍ；ｔｕｎｎｅｌ；ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｊｅｔ—ｇｒｏｕｔｉｎｇ　ｐｉｌｅ；ｐｉｐｅ　ｒｏｏｆ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｒｕｌｅ　０　引言　旋喷注浆法是近十年来发展起来的一种地层加固　新技术。隧道水平旋喷注浆超前支护技术就是沿隧道　拱部外缘用水平布置的水泥旋喷桩相互搭接形成拱　棚，在它的保护下开挖隧道，也称为水平旋喷工法。根　收稿日期：２０１５一Ｏ１—１５；修回日期：２０１５—０４—１６　据需要还可在旋喷体中插入钢管或芯材，即称为加筋　水平旋喷工法…。管棚法由于施工便捷、造价低，已　被广泛地应用于软弱地层隧道预加固技术中　。　ｓ．Ｃｏｕｌｔｅｒ等　。Ｉ４　利用实验手段研究了旋喷桩单　桩强度、变形特性和水平旋喷桩控制地表下沉的效果；　基金项目：陕西省工业科技攻关项目（２０１５ＧＹ１８５）；交通运输部西部交通建设科技项目（２００７３１８０００１８）　作者简介：赖金星（１９７３一），男，广东龙川人，２００８年毕业于长安大学，隧道工程专业，博士，副教授，从事隧道与地下工程方面的教学与科研工作。　４１２　隧道建设　第３５卷　“十三五＂全国铁路投资或超３万亿元　国务院副总理马凯在重庆主持召开部分地区铁路建设工作会议时表示，要确保全面完成２０１５年铁路建设投资８　０００亿元以　上、新投产里程８　０００　ｋｍ以上的目标任务。　铁总党组书记、总经理盛光祖在会上表示要坚决完成今年铁路建设任务，确保实现“十二五”铁路建设目标。　国务院总理李克强虽未参会，但对铁路工作做出了重要批示，批示指出：继续以中西部地区为重点，加强铁路重大项目建设；　确保全面完成今年铁路建设任务，为经济发展增添新动能。　综观铁路投资在“十二五”期间的历年数据，其备受政府青睐的迹象非常明显，２０１１年，全年铁路固定资产投资为５　８００亿元，　２０１２年为６　３００亿元，２０１３年为６　６００亿元，２０１４年为８　０００亿元，２０１５年计划投资８　０００亿元。　上述５年的投资数据累计达到３．４７万亿元，远远超过了“十二五”规划的２．８万亿元，甚至超出了２０１３年调整的数据—－－３．３　万亿元。　２０１５年是“十二五”规划的结束年，也是“十三五”规划的制定年，未来铁路投资是否会继续保持这一强劲势头？　一位参与了国家铁路局“十三五”铁路规划的专家表示，在国家铁路局初步拟定的计划中，“十三五”期间将建设铁路新线２．３　万ｋｍ，投资２．８万亿元。　上述数字与“十二五”规划初期定的数据一致，之所以定下这一数值，上述专家称：“十三五”时期仍是铁路建设发展黄金期，一　些重大长干线虽然在“十二五”期间都已经基本建成；但连接这些干线的“毛细管线”尚待完善，这一部分主要是各个地方政府的城　际铁路网；另外，东部地区的高铁网已经初步建成，但中西部尤其是西部地区还有待完善。　目前，从中央高层到地方政府，加快铁路建设特别是高铁发展思路已渐明晰，铁路网作为拉动国内需求、推进城镇化建设的重　要抓手也是各级政府的共识。按照国家铁路局的初步规划，“十三五”铁路网总里程将达到大约１４．５万ｋｍ，铁路运输服务将涵盖　人口在２０万以上的城市及８０％以上县级行政区。路网建设的重要任务是推进干线铁路建设、加快城际铁路建设、统筹支线铁路建　设、强化综合枢纽配套及实施周边互联互通。　从历史情况来看，国家铁路局的这一数据略显保守，实际最终完成的情况恐将远超计划。有关人士表示，２０１４年和２０１５年铁　路投资都超过８　０００亿元，按照目前政府对铁路建设的重视程度，“十三五”期间铁路的总投资会在３．５万亿一４万亿元。　（摘自中华铁道网ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｈｎｒａｉｌｗａｙ．ｅｏｍ／ｈｔｍｌ／２０１５０４１４／９２２１０８．ｓｈｔｍ１）