大跨度公路隧道初期支护极限位移值的确定（论文）.pdf

施工技术 CONSTＲUCTIONTECHNOLOGY2019 年 6月 第 48 卷增刊 大跨度公路隧道初期支护极限位移值的确定 张娜 1，2，徐东强 2，燕鹏 2 (1. 陆军军事交通学院 ，天津 300161 ;2. 河北工业大学土木与交通学院 ，天津 300401 ) ［摘要 ］为了判断隧道开挖过程中围岩的稳定性 ，选取隧道开挖支护过程中反映围岩应力状态变化的初期支护极限 位移值作为判别的重要依据 。随着大跨度公路隧道建设的日益增多 ，为保证其在开挖过程中围岩的稳定性 ，计 算 其初期支护极限位移 ，依据 JTGD70 —2014 《公路隧道 设 计 规 范 》，运 用 Hoek－ Brown 屈 服 准 则 ，运 用 FLAC3D 软 件 模拟单侧壁导坑法与双侧壁导坑法两种开挖方式 ，运用尖点突变理论计算特征值作为极限状态的判别依据 ，计 算 拱顶 、拱腰 、拱脚的极限位移值 。通过统计分析得到 :双侧壁导坑法可以有效限制拱顶沉降值 ，并限制拱腰处的收 敛值 ;同时 ，明确两种开挖方法针对不同围岩级别 、不同埋深的极限控制点及相应的取值范围 。 ［关键词 ］隧道工程 ;初期支护 ;极限位移 ;尖点突变理论 ［中图分类号 ］U455.7 ［文献标识码 ］A ［文章编号 ］1002-8498 (2019 )S1-0668-05 DeterminationofInitialDisplacementLimitof Large-spanHighwayTunnel ZHANGNa 1，2，XUDongqiang 2，YANPeng 2 (1. MilitaryTransportationUniversity ，Tianjin 300161 ，China ;2.InstituteofEngineeringAnd Transportation ，HebeiUniversityofTechnology ，Tianjin 300401 ，China ) Abstract :Inordertodeterminethestabilityofthesurroundingrockduringtunnelexcavation ，Theinitialsupportlimitdis- placementvaluereflectingthestressstatechangeofthesurroundingrockduringthetunnelexcavationandsupportisselect- edasanimportantbasisforthediscrimination.Withtheincreasingconstructionoflarge-spanhighwaytunnels ，toensurethe stabilityofsurroundingrockduringexcavation ，accordingtoDesionSpecificationTrafficEngineeringofHighwayTunnel (JTGD70 —2014 ) ，usingHoek-BrownYieldCriterion ，usingFLAC3Dsoftwaretosimulatetwoexcavationmethods :single- sidewalkanddouble-sidewalk ，usingcuspcatastrophetheorytocalculatetheeigenvalueasthecriterionforjudgingthelimit state ，calculatingthelimitdisplacementvalueofdome ，arch ，andarch.Obtainedbystatisticalanalysis :Doublesidewall guidepitmethodcaneffectivelylimitthevalueofdomesettlement ，andlimittheconvergencevalueatthearch ;Atthesame time ，itisclearthatthetwoexcavationmethodsareaimedatthelimitcontrolpointsofdifferentsurroundingrocklevelsand differentburieddepthsandthecorrespondingrangeofvalues. Keywords :tunnels ;initialsupport ;limitdisplacement ;cuspcatastrophetheory 5河北省交通厅重点科技计划资助项目 (201302025 ) ［作者简介 ］张娜 ，博士研究生 ，讲师 ，E-mail :zn2011@126.com ［收稿日期 ］2019-01-08 0 引言 随着我国交通 需 求 量 的 急 剧 增 加 ，大 跨 度 公 路 隧 道数量越来越多 ，伴随而来的大跨度隧道支护形式 、施 工方法 、围岩稳定等问题也逐渐显现 ，复杂的隧道围岩 环境致使计算 、预测出隧道结构与围岩间的受力与变 形状况很难 ，进而严重影响隧道施工过程中围岩与支 护结构的稳定性 。随着岩石力学理论的发展和完善 ， 新奥法原理已经成为隧道及地下工程施工中普遍遵循 的原理 ，其充分利用围岩的自身承载能力 ，使围岩作为 隧道支护体系的承载单元 。正是由于围岩与支护系统 的相互作用关系 ，开挖面附近支护位移值的大小可以作为判断隧道围岩稳定性的判断标准 。 目 前 ，朱 永 全 阐述了隧道支护系统极限位移的概念 ，采 用 连 续 体 模 型 ，对各级围岩不同埋深条件下铁路隧道初期支护极 限位移进行计算模拟 ，并与允许位移比较 ，最终确定出 一套适于当今铁路隧道位移判别的极限位移数据 ;刘 芳标等运用有限差分法 、多元非线性回归技术 ，建立多 因素影响下的双线隧道初支极限相对位移模型 ，并 给 出定量值 ，弥补了现行规范的不足 ;崔宏伟运用突变理 论 ，采用 MIDAS-GTS 软 件 进 行 数 值 模 拟 ，确 定 了 隧 道 围岩的极限位移 ，为隧道开挖方法的优化提供依据 ;郑 欣采用连续体弹塑性有限元模型 ，运用特征曲线法 、分 位值法得出了三车道公路隧道初期支护相对极限位移 的基准值 。综上 ，对 相 对 极 限 位 移 的 研 究 大 多 是 采 用 二维平面应变理论 ，并 主 要 以 全 断 面 或 台 阶 法 为 隧 道 8 6 6 模型 ，没有充分考虑空间效应及隧道施工的现实需要 。 JTGD70 —2014 《公路隧道 设 计 规 范 》对 隧 道 洞 室 初 期 支护允许洞周相对收敛值的范围进行了规定 ，没 有 考 虑开挖方式 、围岩级别等因素对极限位移范围值的影 响 。