2020 年 6月
第
49 卷增刊施工技术 CONSTＲUCTIONTECHNOLOGY
不 同 工 法 下 风 积 沙 隧 道 破 坏 形 态 的 对 比 分 析 研 究
刘 罡 ，白东锋
(中交 第一公路 勘察 设计研究院有限公司 ，陕西西 安 710075 )
［摘要 ］风积沙地层具有结 构松散 、黏聚力低、抗剪强度低、颗粒单一 、无自稳力等 特点，在外力作用 下极易破碎和松
散
，在该地 层开挖隧道极易引起 围岩破损、坍塌 。因此，风积沙地层中隧道通 常会考虑 特殊 的施工方 式和预加固措
施。依托某风 积沙隧道，通过 颗粒流理 论分别对无预加固措施下二台 阶和 CD 法开后下风积沙隧道的围 岩变形 、破
损状态 ，并通过对 比围 岩应力变化、变形形 态得到两种工法 下隧道破坏 形式的区 别。
［关键词 ］风积沙隧道;颗粒离散元;破坏 形态
［中图分类号 ］U451 ［文献标识码 ］A ［文章编号 ］1002-8498 (2020 )S1-0723-04
ＲesearchontheFailureModeofAeolianSandTunnelUnder
DifferentExcavationMethods
LIUGang ，BAIDongfeng
(CCCCFirstHighwayConstructionCo .，Ltd .，Xi’an，Shaanxi 710075 ，China )
Abstract :Aeoliansandstratawiththecharacteristicsofloosestructure ，singleparticle ，lowcohesion ，lowshearshear
strength
，nostabilizingforceandeasilybrokenundertheexternalforcemustcausethebreakageandcollapseofsurrounding
rockwhenexcavateatunnelinsuchaformation.So
，it’snecessarytoconsidersomespecialconstructionmethodsandpre-
reinforcementmeasures.BasedontheTuotumountainAeoliansandtunnel
，thepaperhasanalyzedthedeformationand
damagestateoftheAeoliansandtunnelexcavatedbythetwostepmethodandCDmethodwithnopre-reinforcementmeas-
urethroughtheparticlefollowcode.Meanwhile
，theauthorsummarizedthedifferenceofthetunnelfailuremodebythe
comparisonofstressvariationanddeformationformofsurroundingrockintwodifferentexcavationways.Thepapercould
offeradvicetochooseaproperwaytoexcavateanAeoliansandtunnel.
Keywords :aeoliansandtunnel ;granulardiscreteelement ;failuremode
［作者简介 ］刘 罡，工程 师，硕士，E-mail :568628746@qq.com ［收稿日期 ］2020-04-23
0 引言
我国 幅员辽阔 ，沙 地、沙 漠 覆 盖 面 积 巨 大，加 上 社
会现代化 发展造成的环境 问题 导致土地沙漠化现 象 加
重
，因此风积沙 地 层 在 西 部 地 区 非 常 常 见。 西 部 地 区
的
交通建设随着 国 家 整 体 基 建 的 推 进，已 经 逐 步 进 入
规模化发展。沙地和 沙漠地区的城镇 交通建 设 也 是国
家交通网络覆 盖 的 重 点。 且 西 部 地 区 山 区 众 多，隧 道
规模占比大 ，因此在 西 部 地 区 风 积 沙 地 层 中 开 挖 隧 道
已成 为当前阶段 的重点和难点 。
风积沙地层 具 有 结 构 松 散 、粒 径 小、黏 聚 力 低、抗
剪强度低、颗粒 单 一 、无 自 稳 力 等 特 点，在 外 力 作 用 下
极易松散 和破碎［1］;陈忠达 等［2］利用振动台法，研究 了
风积沙的振动压 实 特 性 ，利 用 动 态 力 学 分 析 方 法 分 析
了风积沙的振动 压 实 机 理;董 长 松 等［3］对 榆 神 高 速 神
木 1号隧道工程在 风积沙段施工中 采用的 施工方 案 进
行
研究 ，通过 采 用数值模 拟和监控量测手段 ，结 合 现场施工
情况 ，对 3种方案的沉降 控制 效果 、施工技术 难 度
和施工 周期等进 行 了 对 比 研 究 ;班 培 菊 等［4］通 过 内 蒙
古境内公路大断 面 风 积 沙 经 棚 隧 道 的 施 工 ，探 索 了 双
侧壁导坑法在 沙 质 隧 道 中 的 施 工 的 可 行 性，改 进 并 完
善了超前大管棚 和 喷 射 混 凝 土 施 工 工 艺，总 结 了 适 用
于沙质 隧 道 的 经 济、合 理、安 全 的 施 工 方 法 ;晏 启 祥
等［5］基于 层次分析法、专家调查法 和模糊评价 法，对 风
积沙隧道塌方风险 源 因 素 进 行 识 别，提 出 了 工 程 地 质
因素、水文地质因素和施工设计 因素三大类 风险 源，通
过进
一步研究 指 出:影 响 风 积 沙 隧 道 塌 方 风 险 的 主 要
因素是施工设计 因素，而施工设计 因素中，超 前 支 护 类
型
这一、二级风险 因 素 又 是 风 积 沙 隧 道 塌 方 与 否 的 决
定性 条件。
目前国内 外对于风积沙隧道的研究主要 集 中在预
加固措施、有限元 数 值 模 拟 力 学 行 为 分 析 及 现 场 监 控
量测方
面。 因 为 风 积 沙 相 较 于 其 它 地 层 具 有 结 构 松
散
、黏聚力低、抗剪强度低、颗粒单一 的特点，有 限元 软
件无法准 确的反应施工过程 的破坏 机理。本 文 依托某
风
积沙隧 道，采 用 颗 粒 流 软 件 PFC2D 对 不同 工法 下 隧
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道开挖进行 力学行为 研究以 期揭示风积沙隧道 的 破坏
规律，为类似项 目提供 参考，为风积沙隧道工法 和 措 施
的选择提供 支撑。
1 工程概况
某隧道属短隧道，围岩级 别 为 Ⅳ ～Ⅵ
不同工法下风积沙隧道破坏形态的对比分析研究（论文）.pdf
