基于围岩亚级分级的浅埋偏压隧道初期支护优化方法研究

发布时间：2019-07-25 09:09

【摘要】：现行公路隧道岩质围岩分级方法采用岩石坚硬程度、岩体完整程度等常规的指标,且分级结果跨度较大,不能满足工程需要。在实际工程中,许多公路隧道会受到浅埋和偏压的影响。依托广西南宁玉象隧道,考虑采用埋深和偏压两个指标,用数值模拟的方法,根据隧道开挖后毛洞的自稳性对围岩进行亚级分级,在此基础上对不同亚级提出对应的初期支护方案。结果表明,该隧道围岩级别可以再分为3个亚级,研究结果对类似受到浅埋偏压影响隧道的初期支护设计和施工具有参考意义。
【图文】：

类型的判断主要以塌方高度为衡量标准［６］，采用以下标准。（１）小塌方。塌方高度＜３ｍ，或塌方体积＜３０ｍ３。（２）中塌方。塌方高度３～６ｍ，或塌方体积３０～１００ｍ３。（３）大塌方。塌方高度＞６ｍ，或塌方体积＞１００ｍ３。２．１．１数值模型根据玉象隧道的概况，数值模型开挖断面跨度选为２０ｍ，保持高跨比位０．７５不变［７］，两车道时速为１００ｋｍ／ｈ，模型的边界值取８倍的隧道洞跨度。计算模型网格图如图１所示。图１计算模型网格２．１．２物理力学参数物理力学参数主要参考勘察报告进行确定。２．１．３模拟分组组合根据玉象隧道浅埋和偏压的特点，模型中围岩的偏压角度０°～４０°和埋深深度１０～１２５ｍ，两个指标的不同数值两两组合成４０组围岩状况。数值模拟组合见表１。表１围岩计算组合偏压埋深／ｍ组合编号偏压埋深／ｍ组合编号０°１０Ⅰ１２０Ⅰ２３０Ⅰ３４０Ⅰ４５０Ⅰ５７５Ⅰ６１００Ⅰ７１２５Ⅰ８３０°１０Ⅱ１２０Ⅱ２３０Ⅱ３４０Ⅱ４５０Ⅱ５７５Ⅱ６１００Ⅱ７１２５Ⅱ８１０°１０Ⅱ１２０Ⅱ２３０Ⅱ３４０Ⅱ４５０Ⅱ５７５Ⅱ６１００Ⅱ７１２５Ⅱ８４０°１０Ⅴ１２０Ⅴ２３０Ⅴ３４０Ⅴ４５０Ⅴ５７５Ⅴ６１００Ⅴ７１２５Ⅴ８２０°１０Ⅲ１２０Ⅲ２３０Ⅲ３４０Ⅲ４５０Ⅲ５７５Ⅲ６１００Ⅲ７１２５Ⅲ８２．２数据分析和亚级分级方法通过对表１的组合进行数值模拟计算，，模拟隧道的毛洞开挖，图２为围岩组合埋深１０ｍ偏压２０°

图２竖向位移云图图３Ⅴ级岩质围岩部分组合稳定性曲线由图３可知，自稳曲线图呈现中间比较密集两边比较疏散的情况，图中出现３个比较明显集中的区域。第一个区域发生较小塌方的跨度范围为１０～１４ｍ，超过１４ｍ发生中～大塌方；第二个区域发生小～中塌方的跨度范围为６～１０ｍ，主要集中在８～１０ｍ之间，超过１０ｍ则发生较大塌方；第三个区域发生小～中塌方的跨度范围为４～６ｍ，超过６ｍ则发生较大塌方。根据以上自稳性曲线的特点，可得到的结论：玉象隧道的Ｖ级围岩可以进一步细分为３个亚级级别。各亚级分级的结果见表２。３围岩亚级对应支护优化３．１优化思路及参数优化思路：在亚级分级后，对该隧道的初步设计方案进行优化，并在此基础上提出针对各亚级的支护方案。优化采用数值模拟和现场监测数据验证的方法，首先对初步设计方案进行模拟验算，再根据验算结果进行方案的优化，最后通过现场施工后监控量测的验证，达到对初期支护参数的优化。表２分级结果编号偏压角／（°）埋深／ｍ亚级级别Ⅰ１０１０Ⅰ２０２０Ⅰ３０３０Ⅰ８０１２５Ⅱ１１０１０Ⅱ２１０２０Ⅱ３１０３０Ⅱ８１０１２５Ⅲ１２０１０Ⅲ２２０２０Ⅲ８２０１２５Ⅳ１３０１０Ⅳ８３０１２５１Ⅰ４０４０Ⅰ５０５０Ⅰ６０７５Ⅰ７０１００Ⅱ４１０４０Ⅱ５１０５０Ⅱ６１０７５Ⅱ７１０１００Ⅲ３２０３０Ⅲ４２０４０Ⅲ５２０５０Ⅲ６２０７５Ⅲ７２０１００Ⅳ３３０３０Ⅳ６３０７５Ⅳ７３０１００Ⅴ１４０１０Ⅴ８４０１２５２Ⅲ４２０４０Ⅳ４３０４０Ⅳ５３０５０Ⅴ２４０２０Ⅴ３
【作者单位】： 广西大学土木建筑工程学院;广西大学工程防灾与结构安全重点实验室;桂林理工大学广西岩土力学与工程重点实验室;中交第四公路工程局有限公司;
【基金】：国家自然科学基金项目,项目编号51568006;国家自然科学基金项目,项目编号41372361 广西岩土力学与工程重点实验室资助课题,项目编号14-KF-03
【分类号】：U455.7

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本文编号：2518986