基于开挖影响下的隧道围岩变形机理及变形特征研究

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基于开挖影响下的隧道围岩变形机理及变形特征研究

Study on Deformation Mechanism and Deformation Characteristics of Tunnel Surrounding Rock

Based on Excavation

刘国淤LIU Guo;付迎春于FU Ying-chun;张玉叶③

(①

ZHANG Yu-ye

(①山东省交通规划设计院，济南250000;②山东省交通规划设计院，济南250000;③山东新鸥鹏地产有限公司，济南250000)

Shandong Provincial Communications Planning and Design Institute，Ji'nan 250000，China;

②Shandong Provincial Communications Planning and Design Institute, Ji'nan 250000, China ；

③Shandong Newopen Real Estate Co.，Ltd.，i'nan 250000, China )

摘要：为保证隧道开挖施工期间的人员安全，提高隧道工程建设质量，在介绍隧道围岩变形时空效应、变形破坏类型以及围岩变

形与支护时机之间关系的基础上，对全断面开挖的双线公路隧道施工过程进行了三维数值模拟，总结归纳了隧道围岩拱顶沉降、洞身 收敛以及掌子面挤出值随开挖步进行的变化规律，并对支护结构控制围岩变形的作用进行了分析，发现支护结构对控制围岩变形具 有重要作用。

Abstract: The purpose of this study is to ensure the safety of personnel during tunnel excavation and construction and improve the quality of tunnel construction. Based on the introduction of the temporal and spatial effects of the surrounding rock deformation, the type of deformation and failure, and the relationship between surrounding rock deformation and the timing of the surrounding rock support, the three-dimensional numerical simulation of the \"whole-section excavation of the double-lane highw，ay tunnel is carried out. The deformation of the rock dome, the convergence of the cave body and the change of the squeeze value of the face with the excavation step are carried out, and the effect of the support structure on the deformation of the surrounding rock is analyzed. It is found that the supporting structure is important to control the deformation of the surrounding rock effect.

关键词：隧道围岩；变形机理；变形特征

Key words: tunnel surrounding rock; deformation mechanism; deformation characteristics中图分类号:U45 文献标识码:A文章编号= 1006-4311(2017)14-0141-030引言

随着我国西部大开发战略的深入，我国中西部地区的 高速公路建设项目逐渐增多，同时也修建了越来越多的山 岭隧道。矿山法隧道具有造价低，开挖断面灵活，适应各种 不同的地质条件等特点，因而山岭隧道多采用矿山法施 工。初始地应力场往往由于受到隧道的开挖作业，破坏了 其初始应力平衡状态，引起隧道周围一定范围内的应力重 新分布和局部地壳残余应力释放，与此同时也会恶化围岩 的物理力学性质，从而使围岩产生变形甚至破坏，这一过 程往往具有很强的时间相关性和空间相关性。[2]本文主要 通过一个双线公路隧道为实例，计算了在全断面开挖工法 的条件下，监测断面拱顶沉降、洞身收敛以及掌子面挤出 值随开挖步的变化规律。

1隧道围岩变形机理1.1围岩变形的时空效应

隧道围岩变形的时空效应是一个综合概念，包括变形 空间效应和变形时间效应两个方面。空间效应指的是隧道 开挖过程中，由于受到开挖面的约束，使开挖面附近的围 岩不能立即释放其全部瞬时弹性位移。这是开挖面推进过 程中，由于空间变化所引起的一种围岩变形特性。时间效 应则主要表现为围岩变形随时间而改变的性质，这是围岩 具有流变性的体现。根据围岩变形速率，隧道围岩变形一 般可划分为三个阶段，即急剧变形阶段、稳定变形阶段和作者简介：刘国（1983-)男，山东聊城人，工程师，硕士研究生，研

究方向为桥梁与隧道工程；付迎春（1984-)，女，山东

潍坊人，工程师，硕士研究生，研究方向为桥梁与隧道 工程；张玉叶（1981-)，女，山东临沂人，助理工程师， 学士，研究方向为土木工程。

流变阶段。其中，急剧变形阶段围岩变形呈现急剧增长的

特点。稳定变形阶段围岩变形一般趋于稳定。[3]

1.2围岩变形与支护的关系

围岩的变形随掌子面的推进而不断动态变化，在无支 护条件下，掌子面到达监测断面前，监测断面约产生总位 移值30%的位移。然而，在掌子面后方距离约2D左右隧 道围岩位移基本收敛，围岩位移与隧道支护时机之间的关 系见图1所示。[4]

图1围岩位移与支护时机之间的关系

从图1可以看出：在开挖断面距离监测断面1.5D时， 围岩开始产生位移，当开挖断面到达监测断面时，位移突 然急剧增加。当采取支护手段时，支护时机越早，围岩的位 移值越小，且随着支护结构刚度的增加，在一定程度上可 以抑制围岩变形。[4]

2施工过程数值模拟

2.1工程资料

某双线公路隧道隧道埋深60m，开挖方法为全断面开

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挖，开挖进尺2.0m，初期支护参数为喷射混凝土厚度 28cm，混凝土标号C25,弹性模量为28GPa，;白松比为0.2, 围岩级别为郁级，对应的主要物理力学参数见表1所示。

表1围岩物理力学参数

围岩级别郁级

重度

粘聚力

内摩擦角28。

泊松比0.36

变形模量1.4 GPa

—

价值工程

将监测断面中边墙测线A、B随开挖步收敛的变化趋 势整理如图4所示。

距掌子面距离/m

-75 -60 -45 -30 -15 0 15 30 45 60 75

23 kN/m30.22 MPa

2.2建模计算

①首先在AutoCAD建立数值分析的二维模型，导入 ANSYS中生成相应的三维有限元模型，围岩用SOLID45 日日/«AB测线水平收敛

单元模拟，最后导入FLAC3D中进行计算和后处理分析。5] 为了避免尺寸效应影 响计算结果精度，模 型中隧道左右及下部 各取3~5倍的隧道洞 径，确定模型大小为 120 mx100 mx150 m (XxYxZ)，建立的隧 道开挖有限元模型如 图2所示。

3围岩变形特征 图2隧道开挖模拟有限元模型

研究

3.1拱顶沉降变化趋势

通过采用有限差分软件FLAC3D计算，将监测断面 中拱顶监测点C随开挖步沉降的变化趋势整理如图3所示。

距掌子面距离/m

-75 -60 -45 -30 -15 0 15

30 45 60 75

-3

-6

-一p拱顶C点下沉值变化I

图3支护条件下拱顶C点沉降随距掌子面距离的变化趋势从图3中可以得出如下隧道拱顶沉降变形规律：在隧 道未开挖到监测断面时，监测断面中的监测点C已经开 始产生竖向沉降，只是变化趋势相对比较稳定，且数值不 大。随着掌子面不断逼近监测断面，大约在1.0倍隧道洞 径时，隧道拱顶监测点C处沉降开始急剧增大。直至掌子 面经过监测断面约0.5倍隧道洞径时，随着隧道支护结构 的施作，封闭了周围的围岩，抑制了围岩变形的扩张，拱顶 沉降的变化趋势才逐渐趋于稳定，最终沉降值约-8.9 mm。

3.2洞身收敛变化趋势

-2

辍-3

咨眛长

图4支护条件下测线AB的水平收敛值随距掌子面

距离的变化特征

从图4中可以得出如下隧道洞身测线收敛变形规律: 在隧道未开挖到监测断面时，监测断面中的测线AB已经 有向隧道内部收敛的趋势，只是变化趋势相对比较稳定， 且数值较小。随着掌子面不断逼近监测断面，大约在1.0 倍隧道洞径时，隧道洞身测线AB处收敛值开始急剧增 大。直至掌子面经过监测断面约0.5倍隧道洞径时，随着 隧道支护结构的施作，封闭了周围的围岩，抑制了围岩变 形的扩张，隧道洞身收敛的变化趋势才逐渐趋于稳定，最 终洞身收敛大小约为-4.2 mm。

3.3掌子面挤出变化趋势

将监测断面中掌子面0点随开挖步收敛的变化趋势 整理如图5所示。

距掌子面距离/m0

15

30 45

60

75

掌子面挤出变

3

-6’

图5支护条件下掌子面O点的挤出位移值随距掌子面距离

的变化特征从图5中可知，隧道未开挖到监测断面时，掌子面O 点挤出值相对较小，且变化趋势保持稳定。直至开挖断面 距离监测断面1.0倍的隧道洞径时，掌子面O点的挤出值 突然急剧增加，直至隧道开挖通过该监测断面，最终挤出 值约为-5.9瓜瓜。[7]

4结论

①隧道围岩变形具有较强时空效应，根据围岩的变形

Value Engineering

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云南省毕业生就业问题探析

Analysis on the Problem of Graduates' Employment in Yunnan Province

刘秀丽 LIU Xiu-li;杨毅 YANG Yi;彭志芳 PENG Zhi-fang

(

昆明理工大学，昆明650051)

(Kunming University of Science and Technology, Kunming 650051, China )

摘要：高校扩招以来，云南省教育规模迅速扩大，快速实现了高等教育大众化。随着扩招后的毕业生走向劳动力市场，大学生就

业问题越来越重要。本文从云南省毕业生整体情况出发，分析了毕业生就业中存在的问题，并提出了相应的对策。

Abstract: Since the enrollment expansion of colleges and universities in Yunnan province, the education scale expanded rapidly, the

higher education quickly realizes the popularization. After the enlarged enrollment of graduates to the labour market, the problem of university students' employment is more and more important. Based on the overall situation of graduate in Yunnan province and analysis of graduates' employment in question, the paper puts forward corresponding countermeasures.

关键词：毕业生；职业教育;创业

Key words: graduator； vocational education； business

中图分类号:G7

文献标识码:A

文章编号= 1006-4311(2017)14-0143-02

〇引言

毕业生是国家宝贵的人才资源，是现代化建设的重要 生力军，随着高校扩招，导致云南省毕业生逐年递增，做好 毕业生就业工作对解决云南省就业问题的意义非常重大。

i云南省毕业生整体情况分析

根据云南省历年统计年鉴，我们整理得到2006- 2015年云南省就业人数与各级各类学校毕业生人数，如 表1所示。

根据表1数据，我们对云南省普通高校、普通中专、职 业中学毕业生数据进行分析，得出以下结论：

①云南省高校毕业生人数呈上升趋势，且增长幅度 较大。

从图1可以清晰地看到，在过去的十年，云南省普通 高校毕业生总规模在逐年攀升，其中2006-2010年间，毕 业生人数规模达37.17万人，年均增速为13.79%;在 2011-2015年间，毕业生人数规模达.21(万人，年均增

表1云南省各级各类学校毕业生人数(单位:万人)年份2006

200720082009201020112012201320142015

普通高校5.586.617.288.369.3410.7311.12.7914.2014.60

普通中专4.345.075.466.316.456.938.2410.728.579.24

职业中学3.984.515.135.586.555.978.0210.215.845.45

合计13.916.1917.8720.2522.3423.6328.1533.7228.6129.29

数据来源：云南省统计年鉴2006-2015.

速为8.06%。对比过去十年的增长情况，2015年毕业生人 数比2006年毕业生人数增长了 1.62倍。据统计，2016年 全省高校毕业生将达16.7万人，人数将再创历史新高。

②云南省普通中专、职业中学毕业生增势略差。

从图2、图3我们可以看到，云南省普通中专、职业中 作者简介：刘秀丽（1977-)女，河南安阳人，副教授，注册会计师，

硕士，研究方向会计；杨毅（1972-),女，云南大理人，会 学毕业生在2005-2013年呈上升趋势，在2013年达到高

2014年后呈下降趋势，且上升趋势中升高的幅度不如 计师，学士，研究方向为会计；彭志芳（1975-)女，云南 峰，

普通高校毕业生（图1)增长幅度大。南涧人，高级审计师，硕士，研究方向为审计。速率，一般将围岩变形可划分为三个阶段，即急剧变形阶

研究「J1.湖北理工学院学报，2015(12).

[2] 杨会军，王梦恕.隧道围岩变形影响因素分析「J1.铁道学报，

段、稳定变形阶段以及流变阶段，且围岩的变形与支护时

2006(06).机和支护强度具有很大的关系；

孙元春，尚彦军.岩石隧道围岩变形时空效应分析[J1.工程 ② 随着隧道的开挖的进行，监测断面围岩拱顶沉降、 [3]

2008(02).洞身收敛在开挖断面距离监测断面1倍洞径时开始急剧 地质学报，

[41关宝树.隧道工程设计要点集[M1.北京人民交通出版社， 变化，直至掌子面经过监测断面0.5倍洞径时开始逐渐趋

于稳定。掌子面挤出值在开挖断面距离监测断面1倍洞径 2003 ( 12).

[51孙书伟.FLAC3D在岩土工程中的应用[M1.北京水利水电 时开始急剧变化，直至开挖断面达到掌子面监测点；

出版社,2011(06).③ 隧道的支护结构对于控制围岩变形具有重要作用，

[61张咪，曾阳益，邓通海，等.深埋软岩隧道开挖及支护变形 可以明显降低隧道变形大小，但对于控制掌子面挤出值的

大小作用不明显。

参考文献：

m

张定邦，杨盼，袁建华，等.钻爆发开挖隧道围岩变形特征

特征研究[J1.水电能源科学，2017(01 ).

[71左清军，吴立，张良刚，等.隧道围岩变形特征及其影响因 素的数值模拟[J1.贴到建筑,2012( 08 ).