京沪高铁西渴马隧道初期支护受力特征分析

京沪高铁西渴马隧道　初期支护受力特征分析　陈忠卫：北京铁路局张唐铁路建设指挥部，工程师，北京，１　０００３７　摘　要：结合京沪高铁西渴马隧道工程，建　立三维数值计算模型，根据相关勘察设计资　料选取隧道围岩、注浆锚杆和初期支护力学　参数。从隧道围岩最大主应力、最小主应力　和塑性区等方面分析围岩的受力特征；从喷　射混凝土受力和锚杆受力方面分析隧道支护　结构应力特征。通过对现场典型断面实测，　计算得到支护结构弯矩最大值处的最大压应　力２．４１　ＭＰａ，表明现行支护参数满足安全性　要求。　带的潜在滑裂面上（３％ｅ下坡），出口处山坡自然坡度　为２０。一３５。，地形起伏较大，地表植被稀疏，水文地　质条件较为复杂，施工风险较大。　选取西渴马隧道典型断面建立３Ｄ数值计算模型，　对采用现行支护参数的西渴马隧道支护结构的安全性进　行分析，Ｖ级围岩采用双侧壁导坑法施工，开挖进尺为　关键词：京沪高铁；初期支护；力学特征；　西渴马隧道　西　盖　裹　墓　荽　辈　３　ｍ。　１．２力学参数选取　险较大。采用有限元计算与现场实测相结合，对隧道软　（１）计算参数选取。选取有限元差分程序ＦＬＡＣ３Ｄ　弱破碎围岩支护结构的受力特征进行分析，对现行支护　建立三维数值模型。根据双侧壁导坑开挖对西渴马隧道　参数的初期支护安全性进行分析，并跟踪监测双侧壁导　施工进行仿真模拟，围岩、注浆锚杆和初期支护力学参　坑法施工，对薄弱环节提出相应优化措施，为类似工程　数见表１、表２和表３。　提供借鉴和参考。　（２）基本假设。采用ＦＬＡＣ３Ｄ数值模型对西渴马隧　表１围岩参数　１数值计算模型建立　１．１　工程背景　西渴马隧道出口位于济南市郊大刘庄北斜坡上，仰　坡最大开挖高度为Ｉ１　ｍ，坡度比１：１．２５，采用浅埋暗挖　法施工的设计长度１　５９５　ｍ。隧道开挖地层位于软弱破碎　基金项目：铁道部科技研究开发计划重大项目（２００９Ｇ００５）。　ｃＨ｜ＮＥＳＥ　ｔＴＡ／ｌ＿ＷＡＹｓ　２０１４ｆ０２（：　景　．．４３．．　京沪高铁西渴马隧道初期支护受力特征分析　陈思卫　（２）锚杆受力分析。锚杆轴力沿隧道中线对称　布，拱部弯矩表现为负弯矩，从侧面验证了拱部“脱空　布置，拱部锚杆轴力相对较小，边墙轴力最大值为　区”的存在，锁脚锚杆对减小拱脚应力集中起积极作　１９．３４　ｋＮ，远小于锚杆极限抗拉强度，表明锁脚锚杆对　用。拱部锚杆出现一定范围的压应力，预想的悬吊和组　减小拱脚应力集中起到积极作用。拱部锚杆出现一定范　合梁作用未出现。　围的压应力，预想的悬吊和组合梁作用未出现。　（４）随着分步开挖，隧道围岩接触压力经历迅速　增大一缓慢增大一趋于稳定３个阶段。仰拱封闭后，初　３现场实测对　匕　期支护结构形成封闭的稳定受力结构，隧洞周边罔岩重　选取现场典型断面进行实测，分析相应应力变化特　新形成稳态应力场。　征。采用ＪＴＭ—Ｖ２０００Ｄ型振弦式压力盒进行跟踪量测，　隧道完成１个开挖进尺，将其埋设在围岩与支护结构之　间，隧道接触压力时态曲线见图７。从图７中可以看出：　随着分步开挖，隧道围岩接触压力经历迅速增大一缓慢　增大一趋于稳定３个阶段。仰拱封闭后，初期支护结构　形成封闭的稳定受力结构，隧洞周边围岩重新形成稳态　应力场。当开挖步序３、４完成后，拱部围岩接触压力出　现衰减突变，主要是开挖后仰拱未联结及临空面引起隧　道拱脚处的支护强度衰减。因此，双侧壁导坑开挖与支　护过程中应尽量减小步序时间间隔，做到及时支护、及　早封闭。　图７接触压力时态曲线　４结论　（１）隧道开挖卸载，洞口浅埋段产生较大范围的　塑性　，故采用小导管注浆超前加固围岩，提高围岩承　载能力；隧道浅埋段覆土较为破碎，应及时施作支护结　构并及早封闭成环，避免围岩产生过大变形而失稳。　（２）随着掌子面的推进，隧洞周边围岩塑性区范　围逐渐变小，主要分布在起拱线以上的拱顶部位。　（３）初期支护结构轴力与弯矩沿隧道中线对称分　．．４６．．　（５）通过计算可得支护结构弯矩最大值处的最大　压应力为２．４１　ＭＰａ，远小于ｃ３ｏｔＥ，凝土的抗压极限强度，　表明西渴马隧道现行支护参数满足安全性要求，数值计　算与现场实测结论基本一致。　参考文献　［１］扈世民．基于黄土工程特性的隧道围岩空间位移分　析Ｍ．土木工程学报，２Ｏ１　５，４６（９）：１　１　７—１　２２．　［２］姚宣德，王梦恕．地铁浅埋暗挖法施工引起的地表　沉降控制标准的统计分析［Ｊ］．　岩石力学与工程学　报，２００６，２５（１　０）：２０３０－２０３５．　［３］赵兴东，段进超，唐春安，等．不同断面形式隧道　破坏模式研　Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００４，２３　（增２）：４９２１－４９２５．　【４】彭泽瑞．北京地铁复八线土建工程施工技术［Ｍ】．北　京：中国科学技术出版社，２００３．　［５】仇文革．地下工程近接施工力学原理与对策的研究　［Ｄ］．成都：西南交通大学，２００；５．　【６】张成平，张顶立，王梦恕．浅埋暗挖隧道施工引起　的地表塌陷分析及其控制［Ｊ】．岩石力学与工程学　报，２００７，２６（增２）：３６０１－３６０８．　【７】高成雷，宋玉香，朱永全．浅埋大跨平拱隧道地表　沉降原因分析［Ｊ】．石家庄铁道学院学报，２００３，１　６　（２）：５０－５；５．　【８】张晓丽．浅埋暗挖下穿既有地铁构筑物关键技术研　究与实践【Ｄ］．北京：北京交通大学，２００７．　责任编辑葛化一　收稿日期２０１　３－１　２—１　６　（二　曼　Ｃｈ｜ＮＥＳＥ　ＲＡ／ＬＷＡＹＳ　２Ｏ　１４，ｏ２