隧道开挖跨度对围岩级别的影响研究

时间：2025-07-12

隧道开挖跨度对围岩级别的影响研究

中外公路

第31卷第1期2011年2月

文章编号:1671-2579(2011)01-0158-04

隧道开挖跨度对围岩级别的影响研究

陈志平,叶兴军,孟陆波,俞良

(1.重庆市市政勘察设计研究院,重庆市 400015;2.成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室)

摘要:为进一步提高公路隧道围岩级别判定的准确性,以围岩位移作为围岩自稳能力的评价依据,探讨洞室跨度对公路隧道围岩级别的影响。通过数值模拟方法,对公路隧道两车道、三车道和四车道3种断面尺寸, 级、级、!级、级、#级和级6种围岩级别进行了模拟开挖,以围岩位移值增加幅度作为围岩稳定降低程度的评价依据,探讨不同围岩质量下跨度对围岩稳定性的影响,依此提出了跨度对公路隧道围岩级别的修正系数K4,在JTGD70-2004%公路隧道设计规范&围岩定量分级BQ法的基础上,建立了BQ-h围岩分级法,即[BQ-h]=BQ-100(K1+K2+K3+K4),并在慈母山隧道中得到了初步验证。

关键词:围岩级别;跨度;修正系数;数值模拟;公路隧道

当前,越来越多的高等级公路隧道在城市附近修建,由于交通流量大,其隧道断面尺寸比普通公路隧道

断面尺寸大,对围岩分级的准确性也提出了更高的要求。如慈母山2号隧道位于重庆市东南部,是重庆市总体交通路网五横、六纵、一环、七联络(城市快速干道系统中三横线的关键节段工程,设计三车道,隧道开挖跨度约16m。隧道围岩级别设计情况为:隧道左线!级围岩长度1236.1m,占隧道总长50.14%; 级围岩长度1035.51m,占隧道总长42%;#级围岩长度193.35m,占隧道总长7.84%。隧道施工开挖后,围岩级别变更较大,主要是原!级围岩较多的变更为级围岩。一方面是由于围岩地质条件对围岩级别起着控制作用;另一方面隧道开挖跨度大对围岩稳定也有重要影响。可见,在公路隧道围岩分级中考虑洞室跨度的影响是非常必要的。已有一些学者在跨度对围岩分类、围岩稳定性、支护结构内力、施工方法的影响等方面做了初步探讨,但都没有提出具体的跨度影响对围岩级别的修正方法。

隧道围岩位移是围岩动态的显著表现,而且现场量测也主要以围岩位移作为围岩稳定性评价及围岩稳定状态的判断标准。由此,笔者采用数值模拟方法,对公路隧道两车道、三车道和四车道3种断面尺寸, 级~ 级6种围岩级别进行了数值模拟,分析其开挖后围岩位移的变化规律,评价围岩稳定趋势,以此获得跨度对围岩基本质量的修正系数。

收稿日期:2010-11-04

作者简介:陈志平,男,大学本科,高级工程师.

车道类型两车道三车道四车道

图1 洞室断面形状示意图表1 不同车道隧道横断面尺寸R1/m10.58.56.5

R2/m9.57.55.5

A1/())505050

A2/())535353

1 数值模拟

1.1 数值模拟方案设计

采用有限元软件,以摩尔-库仑准则为塑性屈服条件,建立弹塑性二维有限元模型。为保证模拟结果仅仅是因隧道断面尺寸不同而造成的位移变化,数值模型中同一种围岩的边界条件和参数取值均相同,仅设计隧道断面尺寸不同。

数值模拟中的隧道具体断面形状和尺寸,参考JTGD70-2004%公路隧道设计规范&以及慈母山隧道设计断面尺寸,断面形状采用三心圆(图1),断面尺寸分两车道、三车道和四车道3种情况(表1)

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