公路偏压隧道围岩力学机理分析与工程应对措施.pdfVIP

公路 隧道 2014年第 3期 (总第87期) 公路偏压隧道 围岩力学机理分析与工程应对措施 李永明 叶建忠 应础斌 (浙江省交通规划设计研究院 杭州 310006) 摘 要 本文结合有限元数值模拟探讨偏压隧道的围岩压力形成原因及分布规律。根据围岩的破坏模式， 采用不同计算方法对衬砌结构的安全度进行计算 ，并提出边坡稳定性的影响因素及治理措施。分析结果表明，衬 砌的受力主要 由上覆土柱压力以及围岩沿着破碎带处滑移产生剪切变形形成 ，破碎带对边坡稳定性起到主要控制 作用。由于断层破碎带的存在，衬砌与破碎带相交处受力明显不利，形成突变。针对断层破碎带力学性能差以及 偏压隧道受力不均匀现象，提出了抗滑桩与钢花管注浆共同作用等地基加固治理方案以及施作挡土墙 以平衡隧道 两侧土压力等措施来提高稳定性 ，挡土墙的高度及位置因为与偏压角度 以及断层走向有关，宜通过具体计算确定。 关键词 偏压隧道 断层破碎带 边坡稳定 治理措施 压力的分布主要与下列因素有关 ：①围岩的工程地 1 引言 质条件及控制性裂隙、节理或层理 (统称为弱面)的 中国地形地势 陡峻险要 ，地质条件复杂 ，随着 产状及其隧道轴线 的组合关系；② 围岩扰动范 围； 隧道建设规模 的增大 ，遇到 的问题也越来越多，比 ③控制性软弱面 的强度及作用在弱面上 的法 向力 如偏压隧道。隧道洞 口处 由于受到 自然条件和人 的大小等。隧道一侧受两个倾斜 的软弱面及一组 为条件 的影响，一般地质条件都 比较复杂，浅埋、偏 节理面所切割时，会形成不稳定块体 ，当围岩 的内 压、软弱围在隧道设计和施工中都是经常遇到的， 摩擦角小于软弱面倾角时，岩层将沿弱面滑动并产 偏压荷载 (地表倾斜 ，符合偏压条件 ，埋深小于 2．5 生偏压 。 倍坍落高度 的浅埋隧道 ，简称偏压隧道)对隧道结 2．2 偏压隧道围岩压力计算理论 构体系生很大影响，如裂缝 的产生 。 浅埋隧道围岩通 常强度较低 ，隧道开挖后难 以 目前国内学者对偏压隧道 的研究主要通过模 形成承载拱 ，因此浅埋隧道围岩压力计算与深埋隧 型试验与数值模拟结合工程实际等手段 。钟新樵 道不 同，主要计算方法 ，包括土柱理论、太沙基法以 以宝中线老头沟隧道为原型进行 了土质偏压隧道 及铁路、公路隧道设计规范所推荐方法 ，这些方法 衬砌模型试验 ；王立忠、郭冬杰进行运用分解叠加 大多基于极限平衡理论 。由于假设条件的不 同，各 的等效原则解 出了一般条件下地形偏压隧道 围岩 种算法的计算结果也有一定 的差别 。 的二次应力场的解析解 [2；刘宝深、杨小礼等人将影 针对隧道 围岩压力 的理论计算，目前主要是采 响偏压隧道结构稳定性的因素概括为 四个指标[3； 用极限分析法进行 ，即在假定 的某种形式 (主要是 周晓军从理论分析和模型试验 叫两个方面对地质 直线)破裂面的基础上 ，基于力的平衡条件 ，建立极 顺层偏压隧道的围岩压力进行 了研究，推导 了围岩 限函数方程，然后通过上限法或下限法等手段有哪些信誉好的足球投注网站 压力的计算方法 ，并从试验量测数据得 出了围岩压 得到相应的压力荷载大小。该方法在边坡稳定、地 力的变化规律 ]。 基承载力 以及土压力问题 中得到 了广泛的应用和 发展 ，取得 了较丰富的研究成果L5]。 2 理论分析 3 数值模拟 2．