大断面黄土隧道开挖引起的围岩力学响应

大断面黄土隧道开挖引起的围岩力学响应

扈世民

张顶立

王梦恕

北京交通大学隧道及地下工程实验研究中心，北京１０００４４

　　　　摘要：以胡麻岭隧道为工程背景，采用现场监测与三维数值模拟结合的方法，分析隧道开挖后黄土围岩应力场、位移场与塑性区的变化规律；同时对台阶法施工中影响围岩力学响应的因素进行分析。结果表明：围岩接触压力分布很不均匀；拱腰、墙角和边墙是施工过程中的薄弱环节，应加强支护刚度，设置锁脚锚杆或扩大拱脚；建议取消拱部系统锚杆，既有利于控制围岩变形又可减少工程投资；支护结构调整了围岩应力的分配，改善了应力集中且控制了塑性区的发展，故应坚持“及时支护、及早封闭成环”的原则；上台阶支护对控制拱顶沉降起着关键作用，施工中应引起足够重视；拱顶沉降在变形允许范围内，说明现行支护设计参数满足安全性要求；掌子面空间效应的影响范围约为其前方２～３倍洞径；数值计算结果与现场实测结果基本吻合。

大断面隧道；黄土隧道；围岩应力场；位移场；塑性区；台阶法

Ｕ４５１．２；Ｕ４５５．４

Ａ

２０１０－０７－１０

２０１１－０６－２９

铁道部科技研究开发计划项目（２００９Ｇ００５－Ｂ）

扈世民（１９８３－），男，河北邢台人，博士研究生。

万方数据５１

万方数据５２

万方数据５３

万方数据＠＠［１］王明年，郭军，罗禄森，等．高速铁路大断面深埋黄土隧道围岩压力计算方法［Ｊ］．中国铁道科学，２００９，３０　　　　（５）：　５４－５８．

（ＷＡＮＧ　Ｍｉｎｇｎｉａｎ，　ＧＵＯ　Ｊｕｎ，　ＬＵＯ　Ｌｕｓｅｎ，　ｅｔ　ａｌ．　Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　Ｒｏｃｋ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｏｆ　Ｄｅｅｐ　Ｂｕｒｉｅｄ　Ｌａｒｇｅ　Ｓｅｃｔｉｏｎａｌ　Ｌｏｅｓｓ　Ｔｕｎｎｅｌ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ　Ｓｐｅｅｄ　Ｒａｉｌｗａｙ　［Ｊ］．　Ｃｈｉｎａ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，　２００９，　３０　（５）：　５４－５８．　ｉｎ　

Ｃｈｉｎｅｓｅ）

＠＠［２］张顶立，王梦恕，高军，等．复杂围岩条件下大跨隧道修建技术研究［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００３，２２（２）：　　　　２９０－２９６．

（ＺＨＡＮＧ　Ｄｉｎｇｌｉ，　ＷＡＮＧ　Ｍｅｎｇｓｈｕ，　ＧＡＯ　Ｊｕｎ．　ｅｔ　ａｌ．　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｏｆ　Ｌａｒｇｅ－Ｓｐａｎｎｅｄ　Ｔｕｎｎｅｌ　ｕｎｄｅｒ　Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ　Ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　Ｒｏｃｋｓ　［Ｊ］．　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｒｏｃｋ　Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，　２００３，　２２　（２）：

２９０－２９６．　ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）

＠＠［３］熊良宵，杨林德．隧道开挖面接近地质界面时围岩位移特征及其影响因素分析［Ｊ］．中国铁道科学，２００９，３０　　　　（１）：　６１－６８．

（ＸＩＯＮＧ　Ｌｉａｎｇｘｉａｏ，　ＹＡＮＧ　ＬｉＭｅ．　Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　Ｒｏｃｋ　ａｎｄ　ｔｈｅ　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ　Ｆａｃｔｏｒｓ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｗｈｅｎ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｅｘｃａｖａｔｉｎｇ　ｔｏｗａｒｄｓ　ｔｈｅ　Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　［Ｊ］．　Ｃｈｉｎａ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，　２００９，　３０　（１）　：　６１－

６８．　ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）

＠＠［４］霍润科，王艳波，宋战平，等．黄土隧道初期支护性能分析［Ｊ］．岩土力学，２００９，３０（增２）：２８７－２９０．

（ＨＵＯ　Ｒｕｎｋｅ，　ＷＡＮＧ　Ｙａｎｂｏ，　ＳＯＮＧ　Ｚｈａｎｐｉｎｇ，　ｅｔ　ａｌ．　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｉｎｉｔｉａｌ　Ｓｕｐｐｏｒｔ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｆｏｒ　Ｌｏｅｓｓ　Ｔｕｎｎｅｌ　［Ｊ］．

Ｒｏｃｋ　ａｎｄ　Ｓｏｉｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，　２００９，　３０　（Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ　２）：　２８７－２９０．　ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）

＠＠［５］郭军，王明年．大断面黄土隧道工程特性研究［Ｊ］．公路交通技术，２００９，１２　（６）：　９６－１０１．

（ＧＵＯ　Ｊｕｎ，　ＷＡＮＧ　Ｍｉｎｇｎｉａｎ．　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　Ｌａｒｇｅ－Ｓｅｃｔｉｏｎ　Ｌｏｅｓｓ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｐｒｏｊｅｃｔ　［Ｊ］．　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　

Ｈｉｇｈｗａｙ　ａｎｄ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ，　２００９，　１２　（６）：　９６－１０１．　ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）

＠＠［６］吉武军．黄土隧道工程问题调查分析［Ｊ］．岩土力学，２００９，３０（增２）：　３８７－３９０．

（ＪＩ　Ｗｕｊｕｎ．　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｆｏｒ　Ｌｏｅｓｓ　Ｔｕｎｎｅｌｓ　［Ｊ］．　Ｒｏｃｋ　ａｎｄ　Ｓｏｉｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，

２００９，　３０　（Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ　２）：　３８７－３９０．　ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）

＠＠［７］中华人民共和国铁道部．ＴＢ１０００３－２００５铁路隧道设计规范［Ｓ］．北京：中国铁道出版社，２００５．

＠＠［　８　］　　ＦＡＫＨＩＭＩ　Ａ，　ＣＡＲＶＡＬＨＯ　Ｆ，　ＩＳＨＩＤＡ　Ｔ，　ｅｔ　ａｌ．　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｆａｉｌｕｒｅ　ａｒｏｕｎｄ　ａ　Ｃｉｒｃｕｌａｒ　Ｏｐｅｎｉｎｇ　ｉｎ　Ｒｏｃｋ　［Ｊ］．　Ｉｎ

　　　　　　　　ｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｒｏｃｋ　Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　＆－　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，　２００２，　１４　（５）：　５０７－５１５．

万方数据＠＠［　９　］　　ＷＡＮＧ　Ｃ．　Ｒｏｃｋ　Ｆｒａｃｔｕｒｅ　ａｒｏｕｎｄ　ａ　Ｈｉｇｈｌｙ　Ｓｔｒｅｓｓｅｄ　Ｔｕｎｎｅｌ　ａｎｄ　ｔｈｅ　Ｉｍｐａｃｔ　ｏｆ　ａ　Ｔｈｉｎ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｌｉｎｅｒ　ｆｏｒ　Ｇｒｏｕｎｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　

　　　　　　　　［Ｊ］．　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｒｏｃｋ　Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　＆　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，　２００４，　４１　（３）：　１－８．

＠＠［１０］皇甫明，孔恒，王梦恕，等．核心土留设对隧道工作面稳定性的影响［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００５，２４（３）：　　　　５２１－５２５．

（ＨＵＡＮＧＦＵ　Ｍｉｎｇ，　ＫＯＮＧ　Ｈｅｎｇ，　ＷＡＮＧ　Ｍｅｎｇｓｈｕ，　ｅｔ　ａｌ．　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｋｅｅｐｉｎｇ　Ｃｏｒｅ　Ｓｏｉｌ　ｏｎ　Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｗｏｒｋｉｎｇ　Ｆａｃｅ　［Ｊ］．　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｒｏｃｋ　Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，　２００５，　２４　（３）：　５２１－５２５．　ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）

＠＠［１１］赵占厂，谢永利，杨晓华，等．黄土公路隧道衬砌受力特性测试研究［Ｊ］．中国公路学报，２００４，１７　（１）：　６６－６９．

　　　　　　　　（ＺＨＡＯ　Ｚｈａｎｃｈａｎｇ，　ＸＩＥ　Ｙｏｎｇｌｉ，　ＹＡＮＧ　Ｘｉａｏｈｕａ，　ｅｔ　ａｌ．　　Ｏｂｓｅｖｒａｔｉｏｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　　　　　　　　　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｌｉｎｉｎｇ　ｉｎ　Ｌｏｅｓｓ　［Ｊ］．　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｉｇｈｗａｙ　ａｎｄ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ，　２００４，　１７　（１）：　６６－６９．　ｉｎ　Ｃｈｉ

　　　　　　　　ｎｅｓｅ）

＠＠［１２］　　ＨＳＩＥＨＨ　Ｓ，　ＫＡＶＡＺＡＮＪＩＡＮ　Ｊ　Ｅ，　ＢＯＲＪＡＲＩ．　Ｄｏｕｂｌｅ－Ｙｉｅｌｄ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｃａｍ－Ｃｌａｙ　Ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ　Ｍｏｄｅｌ　Ⅰ：　Ｔｈｅｏｒｙ　［Ｊ］．　　　　　　　　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，　１９９０，　１６　（９）：　１３８１－１４０１．

＠＠［１３］庄茁，张帆，岑松，等．ＡＢＡＱＵＳ非线性有限元分析与实例［Ｍ］．北京：科学出版社，２００５．＠＠［１４］费康，张建伟．ＡＢＡＱＵＳ在岩土工程中的应用［Ｍ］．北京：中国水利水电出版社，２０１０．

Ｔｈｅ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　Ｒｏｃｋ　Ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　　　　　　　　Ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｌｏｅｓｓ　Ｔｕｎｎｅｌ　ｗｉｔｈ　Ｌａｒｇｅ　Ｃｒｏｓｓ　Ｓｅｃｔｉｏｎ　

ＨＵ　Ｓｈｉｍｉｎ　ＺＨＡＮＧ　Ｄｉｎｇｌｉ　

ＷＡＮＧ　Ｍｅｎｇｓｈｕ　

万方数据大断面黄土隧道开挖引起的围岩力学响应

作者：

作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

扈世民， 张顶立， 王梦恕， HU Shimin， ZHANG Dingli， WANG Mengshu北京交通大学隧道及地下工程实验研究中心,北京,100044中国铁道科学

China Railway Science2011,32(5)

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