某高速公路山岭隧道的稳定性分析.docVIP

某高速公路山岭隧道的稳定性分析 温世游1 陈水生1 吕凡任2 （1 华东交通大学土木工程学院 南昌 330013） （2 浙江大学岩土工程研究所 杭州 310027） 摘 要：采用弹塑性平面应变分析方法对某高速公路山岭隧道在有地表锚杆和隧道径向锚杆时无 隧道衬砌、初次衬砌、二次衬砌三种情况下锚杆轴力和隧道的变形情况进行分析。研究表明地表锚 杆在隧道初次衬砌施工前对围岩的变形和稳定作用较大，而在初次衬砌后影响较小。隧道围岩的 变形和隧道周边围岩的收敛主要发生在初次衬砌前。该隧道在施工过程中是处于安全状态的，而 且地表沉降小于深层沉降。 关键词：隧道工程；稳定性分析；衬砌；锚杆 0 前言 某隧道位于里程K0+840~K2+210之间，需要进行稳定性分析的隧道段为隧道进口段，起圪里程为K0+840~K1+025，长185m，设计为单洞，隧道竣工后净宽10.5m，净高5.0m，进口段开挖跨度为13.4米及13.8米。隧道内轮廓设计为单心圆形式，半径为5.65m，处于R=2500m圆曲线上。隧道纵坡度为0.6%，支护结构为洞身喷锚复合衬砌结构。洞口已进行加固段和其余崩塌体基岩段的锚杆采用中空注浆锚杆，其余崩塌体非基岩段采用自进式锚杆，单根锚杆长为3.5m。初次衬砌在崩塌体末端K0+905～K1+025范围内厚度为40cm，在其它的崩塌体段厚度为30cm。初次衬砌采用C25防水混凝土。二次衬砌在崩塌体末端K0+945～K1+025范围，拱部二次衬砌厚度为60cm钢筋混凝土，其余地段拱部二次衬砌厚度为50cm钢筋混凝土，洞内路面为12-18cm厚水泥混凝土路面。 隧道进口段围岩为浅埋及崩塌堆积层的不良地质地段，洞顶及侧壁围岩结构松散，含水量大，围岩稳定性差，几乎无自稳能力，隧道开挖时易在拱顶和侧壁发生坍塌，产生冒顶现象。距洞口仅11.5m顶上有老公路经过，若施工不慎将危及老公路安全。在隧道洞口仰坡开挖时发现，崩塌体基岩面标高有所下降而侵入洞身开挖轮廓，覆盖层出现了裂纹，崩塌堆积层产生整体滑坡的迹象。隧道在K0+840~K0+990段，掌子面基本上在崩塌堆积层内，且有成股的水流出，K0+947断面曾出现过塌方，不安全的因素较多，是隧道开挖时最危险的施工段。 本段隧道属浅埋隧道，隧道口K0+840~K1+025段围岩自然斜坡坡向北，坡角5~25°，由第四系覆盖层与强风化基岩组成，结构松散，含水量大。K0+850~K1+025隧道段围岩为崩塌堆积层，结构松散，含水量大，稳定性极差，在隧道开挖过程中不但易在拱顶和侧壁发生坍塌，产生冒顶破坏，而且在开挖掘进施工过程中，斜坡整体也易发生滑移，造成整体滑坡破坏。根据隧道施工监测的经验崩塌堆积体岩层具有很强的徐变特性（在荷载不变的情况下，变形随时间的增长而增大的性质），在隧道初次衬砌和第二次衬砌后岩体仍将会产生很大的变形，由此有可能造成隧道失稳破坏。 1 隧道的稳定性分析 1.1计算断面的选取 K0+860断面的开挖跨度为13.8米，开挖跨度大且为浅埋及崩塌堆积层的不良地质地段，洞顶及侧壁围岩结构松散，含水量大，围岩稳定性差，几乎无自稳能力，隧道开挖时易在拱顶和侧壁发生坍塌，产生冒顶现象。距洞口仅11.5m顶上有老甬临公路经过，若施工不慎将危及老公路安全。K0+860断面是隧道施工中必需确保安全的区段，其地质条件在K0+840~K1+025段中具有典型性，本次理论分析把K0+860断面作为典型断面进行分析。 K0+860断面隧道施工的方法和步骤为：首先对洞口地表注1：0.5水泥-水玻璃浆液锚杆加固，锚杆间距为1.5m，地表用注浆锚杆加固的宽度为25m，其中隧道正上方不安设锚杆。锚杆长度以达到隧道左右两边标高处为宜。隧道开挖分两步进行：首先开挖上断面，同时在隧道周边安设(25锚杆13根，然后支护间距为30cm的 20号工字钢，挂双层(8-10×10cm的钢筋网，喷射厚度为30cm的混凝土，一次模筑衬砌采用C25号防水混凝土，作为初次衬砌；然后开挖隧道的下断面，出渣后及时封喷厚度为30cm的混凝土。待初次衬砌变形稳定后，二次衬砌及时跟上。二次衬砌采用50cm厚的混凝土。 1.2分析方法-弹塑性平面应变 1.2.1连续体变形的基本方程 平衡方程为: （1） 式中，,p为体积力。 应变-位移关系式为： （2） 应力-应变关系式为： （3） 。根据变分原理，得 （4） 式中，为位移的变分。根据Galerkin变换原理[1]，得： （5） 把应力矢量写成增量形式，得 （6） 式中