维普资讯 http://www.cqvip.com 公 路 与 汽 运 Ｈｉｇｈｗａｙｓ＆Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ １５８ ２００６年８月 第４期 金鹗隧道施工过程的力学模拟分析 莫勇勋 （东莞市公路勘测设计所，广东东莞 ５２３０００） 摘要：通过对广东省金鹗隧道施工过程进行数值模拟计算，分析了该隧道初期支护的受力 特性，进而说明了隧道施工中的安全性问题。 关键词：隧道；有限元数值分析；初期支护；力学特性 中图分类号：Ｕ４５１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１－－２６６８（２００６）Ｏ４一Ｏ１５８一Ｏ２ 位于局部分水岭。各岩层透水性较弱，仅强风化层 １ 工程概况 １．１隧道概况 弱透水，其余为相对隔水层。 １．４围岩分级 广东省金鹗隧道全长２１０ ｍ，进口里程为Ｋ１＋ 分析现场钻探情况，隧道地表有厚度不大的残 坡积土，其下为强风化、中风化至微风化板岩，围岩 受地质构造影响较小。隧道进口段（Ｋ１＋０８０ Ｋ１ ０８０，出１：１里程为Ｋ１＋２９０。隧道采用双洞连拱结构 形式，两洞中心线间距约２０ ｍ。隧道建筑限界参照 城市Ｉ级主干道设计标准，主要尺寸如下：行车道宽 为２×３．７５＋３＝１０．５ ｍ，人行道宽为２．５ ｍ，两侧 路缘带宽为０．５ ｍ，检修道宽为０．７５ ｍ；单洞隧道 的建筑限界净宽为１４．７５ ｍ，净高为５．０ ｍ。路拱 横坡为１．０ ９／６。 １．２地质概况 １．２．１ 区域地质构造 ＋１４０）处于中风化板岩中，节理、裂隙较发育，且埋 深很浅，围岩级别为Ｖ级；隧道中段至出口段（Ｋ１＋ １４０￣Ｋ１＋２９０）处于微风化板岩中，岩质较坚硬，围 岩级别为Ⅳ级。 ２计算范围与计算模型 有限元数值分析法必须在有限的单元内进行。 实践和理论分析均表明：隧道开挖仅对有限范围内 的围岩产生较明显的影响，在距开挖部位较远的地 隧道所处位置的大地构造属于扬子淮地台江南 地轴北缘。场地位于土马坳扇形背斜，其走向为北 西２９０。～３１Ｏ。，绵延５０ ｋｍ。核部由冷家溪群第二 组粉砂质板岩夹粉砂岩组成，地貌上形成丘陵。两 翼由第三组变质粉砂质板岩、泥岩组成。 １．２．２场地地质构造 ‘方，其应力及位移变化很小，在３倍跨度处的应力变 化一般在１Ｏ ９／６以下，在５倍跨度处一般在３ 以下， 这样微小的变化对工程设计来说无实际意义。所 以，有限元分析的区域确定在３～５倍洞跨，在这个 范围的边界上可认为因开挖引起的位移为零，或者 １）岩层产状：场地位于土马坳扇形背斜南翼， 岩层产状为倾向北东３０。～３８。，倾角５０。～６５。。 ２）裂隙构造：场区内未发现区域性断裂构造， 主要有４组节理，产状分别为倾向北东７５。，倾角 ３５。；倾向北东７Ｏ。，倾角７１。；倾向北东５５。，倾角６５。； 倾向南东１７７。，倾角６Ｏ。。属闭合节理。有的裂隙 里存在铁、锰质充填物。 １．３水文地质条件 开挖不引起应力变化。为减小有限元模型中边界约 束条件对计算结果的不利影响，计算模型的边界范 围在各个方向上均取大于３倍洞跨。 计算中假设场地内无构造活动的影响，原岩应 力为大地静力场型，各岩层之间为整合接触，岩层内 部为连续介质，模型中不考虑地下水的影响。初期 支护和二次衬砌采用梁单元模拟；土层和中墙视为 场地地下水类别主要为基岩裂隙水，赋存于板 岩风化裂隙及构造裂隙中，勘察期间地下水位埋深 ３．５９～７．６８ ｍ，受季节影响，地下水位变幅３～５ ｍ。 各向同性体，采用平面四边形单元模拟；计算中采用 弹塑性Ｄｒｕｃｋ－－Ｐｒａｇｅｒ准则。 计算中选取的Ｖ级浅埋围岩断面为Ｋ１＋１３０，其 计算模型如图１所示。其中计算域在水平方向上取 ２００ ｍ；竖直方向上，向上取至地面，向下取５０ ｍ。 地下水补给来源主要为大气降水垂直渗透及邻近侧 向径流，地下水径流方向与地形基本一致，隧道中线 维普资讯 http://www.cqvip.com 公总第儿５期 ．Ｈｉｇｈｗａｙｓ＆Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ 路 与 汽 运 １５９ －｝ ：一ｌ 参 囔 ｛｜｜ 、“ 。Ｉ ０ ＿＿ ３ 计算参数 隧道Ｖ级浅埋围岩衬砌结构如图２所示。按设 ．计资料，Ｖ级围岩初期支护采用超前小导管＋Ｃ２０ 喷射砼＋锚杆＋钢筋网＋工字钢拱架联合支护，喷 层厚度为２６ ｃｍ，锚杆长３．５ ｍ、直径为２２ ｍｍ；二 次衬砌采用Ｃ２５模筑砼，厚度为６０ ｃｍ；仰拱采用Ｃ２５ 图１隧道计算模型 圈２金鹗隧道Ｖ级圈岩衬砌结构（单位：ｃｍ） 砼，厚度为５０ ｃｍ。各支护力学参数依据地质资料取 值，缺项按《公路隧道设计规范》选取（见表１）。 表１支护材料的物理力学参数 此，重点对其剪力进行分析。不同施工阶段的剪力 值见表２，剪力的取值部位如图４所示。 ①导润 ②中墙 ）左洞上台阶 ④左润下台阶 ⑥⑤右润上台阶 右润下台阶 圈３隧道开挖顺序 左拱 ４计算结果与分析 隧道施工中先开挖中导洞，然后用台阶法进行 拱腰 右拱脚 右墙脚 左拱脚 左墙脚 施工，其施工步骤（如图３所示）：①中导洞的开挖 与支护；②中墙的砌筑；③左洞上台阶的开挖与初 期支护；④左洞下台阶的开挖与初期支护；⑤左洞 圈４计算点示意圈 从表２和图４可以看出：①初期支护的剪力值 在墙脚和拱脚部位较大，在拱顶和拱腰部位较小。 ②下台阶的开挖对剪力的影响很大（施工步骤③～ ④及⑥～⑦）Ｉ右洞的开挖对已开挖左洞的剪力有一 定影响，但影响不是很大。③墙脚和拱脚是连拱隧 二次衬砌与仰拱的施作；⑥右洞上台阶的开挖与初 期支护；⑦右洞下台阶的开挖与初期支护；⑧右洞 二次衬砌与仰拱的施作。 隧道施工过程中最容易遭到破坏的结构是初期 支护，而初期支护的主要破坏方式是剪切破坏，因 道初期支护最容易发生破坏的部位。 维普资讯 http://www.cqvip.com 公 路 与 汽 运 Ｈｉｇｈｗａｙｓ＆Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ １６０ 第４期 ２００６年８月 青山隧道防排水施工技术 牛桂玲，董晔 （广东省长大公路工程有限公司，广东广州 ５１０６２０） 摘 要：以广惠（广州一惠州）高速公路青山隧道为例，介绍了山区公路隧道防、排水材料的类 型及特点，分别说明了隧道防、排水设置方法和施工技术。 关键词：隧道；防水；排水；施工工艺 中图分类号：Ｕ４５５．４９ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７１－－２６６８（２００６）０４－－０１６０－－０３ 青山隧道位于广东惠东县白花镇新民村南约 ５００ ｍ的山体中，为上下行分离式４车道高速公路 隧道，最大埋深约８０ ｍ，左线全长４５５ ｍ，右线全长 ４５０ ｍ。区域内地表水系发育，沟谷内常年流水不 断，地下水以基岩裂隙水为主。隧道以锚杆、喷射砼 或喷射砼挂钢筋网、钢拱架为初期支护，模筑砼为二 次支护。在初期支护与二次衬砌砼之间敷设一层防 支护与防水板之间设置环向透水管，将周边渗水弓 至隧道两侧排水沟排出（见图Ｉ）。 环 水板 水卷材，此为第一道防水措施；二次衬砌砼采用抗渗 砼，此为第二道防水措施；并在沉降缝与施工缝处设 置中埋式橡胶止水带。在开挖面与初期支护、初期 圈１防、排水布置示意圈 ｝黼料料料料料※— 黼料料料料＊ ※— 黼料料料＊ ※ Ｈ＊料料料料＊ ※ Ｈ＊料粜靠 表２初期支护剪力计算结果 ｋＮ 各施工阶段的剪力 各施工阶段的剪力 计算点 右墙脚 右拱脚 右拱腰 … 拱顶 ． 右洞 右洞 右洞二 上台阶 下台阶 次衬砌 １６６．４ ２Ｏ．４ ２．８ ３．０ 一４．２ １７１．０ 计算点 左洞 左洞 左洞二 右洞 右洞 右洞二 上台阶 下台阶 次初砌 上台阶 下台阶 次衬砌 —２．９ ０．７ —２．８ １４０．６ —２．５ ０．２ —２．５ １４０．５ 一１．５ —０．９ —２．７ １４０．７ ０．６ —１．０ —３．４ １４０．６ １．６ 一１．６ —３．５ １４０．１ 右拱腰 一２．２ —１９１．４—１９１．１ ． 拱顶０．７ ２．９ ３．２ 左拱腰 一２．２ ３．１ ３．１ …左拱脚 １３．２ —４．１ —４．４ 左墙脚 左拱腰 一１９７．０—１９６．９—２０５．８—２０５．９—２０２．６ ５ 结 论 １）墙脚和拱脚是金鹗隧道施工中最容易发生 破坏的部位，在施工中应注意，必要时可加配钢筋。 ２）下台阶的开挖对隧道的安全性影响最大，施 工中应采用弱爆破或施作临时支护。 ３）右洞的开挖对已开挖左洞的安全性有一定 ［Ａ］．２００３年上海国际隧道工程研讨会论文集［Ｃ］． ［２］ 陈秋南，张永兴．连拱隧道的设计理论与动态施工力学 研究［Ｊ］．地下空间与工程学报，２００５（１）． ［３］林 刚，何川Ｉ．连拱隧道施工全过程地层沉降三维数 值模拟［Ｊ］．公路，２００４（３）． ［４］余晓琳，黄小华．软弱围岩条件下连拱隧道施工阶段的 受力分析［Ｊ］．西部探矿工程，２００２（４）． ［５］ＪＴＧ Ｄ７Ｏ一２００４，公路隧道设计规范［Ｓ］． ［６３潘昌实．隧道力学数值方法［Ｍ］．北京：中国铁道出版 社，１９９５． 影响，但影响不是很大。 参考文献： ［１］刘胜利，彭立敏．小关大跨度连拱隧道的设计与施工 收稿日期：２００６－－０２－－０７