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某软岩公路隧道钢拱架支护受力变形特征分析
魏腾远
（中交基础设施养护集团工程有限公司，100102，北京）
摘 要：某公路隧道为典型的高地应力、深埋、软岩隧道，其面临着软岩大变形问题。以公路隧道斜井
与主隧道交叉口为模型，利用数值软件 midas GTS NX模拟现场施工过程，研究围岩和衬砌的变形与应力分
布规律。在此基础上，根据相关规范选取了 4种不同的钢拱架间距，通过数值模拟结果对比分析钢拱架间距
对支护效果的影响。综合考虑支护效果和经济时间成本，本研究结果表明钢拱架间距 0.8 m较为合理，旨在
为充分发挥钢拱架承载能力、节约材料、优化初期支护设计提供参考。 关键词：软岩；公路隧道；钢拱架支护受力特征；有限元模拟
中图分类号：TU 74 文献标志码：A 文章编号：1000-4726(2023)17-2099-04
nUmeRIcal analysIs of defoRmatIon and steel aRch sUppoR t of hIghWay
tUnnel In soft RocK WIth hIgh gRoUnd stRess
WEI Teng-yuan
(CCCC Infrastructure Maintenance Group Engineering Co., Ltd., 100102, Beijing, China)
abstract: A highway tunnel is a typical high ground stress, deep buried, soft rock tunnel, facing the
problem of large deformation of soft rock. Using the finite element software, the deformation and stress
distribution of surrounding rock and lining were studied by simulating the on-site construction process using
the intersection of the highway tunnel inclined shaft and the main tunnel as a model. based on this, four
different steel arch frame spacings were selected according to relevant specifications, and the impact of steel
arch frame spacings on support effectiveness was analyzed through numerical simulation results. Considering
the support effect and economic time cost comprehensively, the results of this study indicate that the steel
arch spacing of 0.8 m is more reasonable, aiming to provide a reference for fully exerting the bearing
capacity of the steel arch, saving materials, and optimizing the initial support design. Keywords: soft rock; highway tunnel; stress characteristics of steel arch support; finite element
simulation
在软弱围岩隧道施工中，合理的支护方法以及支
护技术是影响工程质量、防止构件位移的重要因素。
钢拱架与锚喷混凝土的复合式衬砌是初期支护广泛使
用的形式。锚杆将围岩和支护连接成一个整体，以控
制围岩进一步变形。 有研究表明，钢拱架属于刚性支护，钢拱架在支
护中起主要作用。与喷混钢筋网锚杆相比，钢拱架能
够分担围岩的大部分压力。因此，钢拱架在隧道初期
支护中起关键作用。钢拱架的支护力度和刚度在一定
程度上可以控制围岩开挖后的变形，从而抑制围岩及
其塑性区的快速扩展，保证隧道的净空面不被过度
侵占 [1–3] 。
隧道钢拱架模拟包括等效替代法和梁单元法。等
效替代法将钢拱架的刚度加入围岩，以提高混凝土性 能，等效替代钢拱架的作用，但其精度不高；梁单元
法以模拟实际梁单元获得钢拱架的内力，通过设置不
同的尺寸和参数模拟多种钢拱架的支护效果。
目前，对隧道初期钢拱架支护的研究大多停留在
等效替代，缺少优化钢拱架的系统化研究
[4–5] ，且大
多是针对某一工程下特定钢拱架的内力分析，缺乏全
面系统地研究不同支护间距的钢拱架对围岩参数的影
响。在实际工程中，为防止支护间距过大导致钢拱架
变形的情况，会将支护间距设置得紧密。但过密的间
距既不能充分发挥
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