浅埋偏压隧道围岩稳定性数值

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第39卷第3期2013年1月

SHANXI

山西

ARCHITECTURE

建筑

Vol．39No．3Jan．2013

·桥梁·隧道·

文章编号：1009-6825（2013）03-0150-03

浅埋偏压隧道围岩稳定性数值分析研究

刘天宇

（中油辽河工程有限公司，辽宁盘锦124010）

★

要：以红石沟隧道为工程实例，针对隧道入口段浅埋偏压的情况，建立数值计算模型，运用数值模拟软件FLAC 对隧道入口

段进行模拟，分析了隧道开挖状态下围岩应力场、位移场、塑性区的变化特征，为工程设计和施工提供了依据。摘

关键词：偏压隧道，围岩应力，围岩位移，塑性区，数值模拟中图分类号：U451．2

文献标识码：A

0引言

2．1计算模型建立及计算参数

工程中偏压隧道一般是指受偏压荷载（不对称压力）的隧道。产生偏压的主要原因有地形原因和地质原因。地形上原因是洞地面横坡显著倾斜，多见于洞口浅埋地段及傍山浅顶覆盖较薄，［1］

埋地段。地质上，若围岩为倾斜层状结构，层间粘结力差、伴随或洞身有倾角较陡的软弱结构面，围岩一有害节理裂隙切割时，

一部分较硬时，或存在软弱夹层断裂带时容易发生偏部分较软、

压。另外，施工期间因各种原因造成的一侧塌方，也易形成显著［2］

偏压。

“荷载—对于浅埋偏压隧道，在力学形态分析上，一般可采用

［3］

结构”模型，但其荷载及结构分析方法具有特殊性；在围岩变形上由于荷载的不对称，而造成变形的不对称，在设计时应采用不同的支护方式；在开挖施工时也应对断面采用不同的开挖顺序

［4］

本文依据红石沟隧道入口处现场实际地质概况建立了如图2

Y 轴为所示的三维计算模型，计算坐标系X 轴沿隧道轴线方向，Z 轴竖直向上。计算范围为：X 方向长度为250m ，Y 方水平方向，

Z 方向最大厚度约129m 。模型共有50．1万个单向长度100m ，

8．7万个节点。材料屈服准则采用Mohr-Coulomb 准则。边界条元，

件设置为四个侧面和一个底面施加法向位移约束，顶面为自由面。

隧道入口

断层

。对此本文将以西气东输三线西段红石沟隧道工程为依托，

图2数值计算模型

利用有限元软件（FlAC ）对浅埋偏压隧道围岩的受力特性和变形特性进行分析。

根据红石沟隧道的地质报告和现场实地勘察发现，隧道洞口处的围岩为砂岩，隧道入口一直到隧道掌子面区间的岩体为泥岩与砂岩的胶结物，而且其强度较低，通过室内试验对岩体参数进行了测试，获得计算参数见表1。

表1

岩性砂岩夹砾砂岩

弹性模量

E 0/GPa1．761．18

1工程概况

拟建红石沟隧道位于宁夏回族自治区中卫市迎水桥镇孟家湾村，隧道自西向东方向穿越红石沟山脉，地形高低起伏大，切割深，山谷陡峻、纵横交错，通视条件较好。从大的地貌上看隧址区东

进洞口（西侧）地形起伏较大，自然坡角在40ʎ 西两侧高程相当，

80ʎ ，坡高约60m ；洞口上方无植被覆盖，表层基岩裸露，局部位置

呈松散堆积有层厚约0．5m 的由砂岩风化坡残积而成的碎石，状。岩体以砂岩为主，较为完整。但是，隧址区附近地区断裂构造

地质构造复杂，新构造运动较为活跃。隧道K0+124m 较为发育，

位置附近发现有一处小型断裂：该断层为正断层，带宽约为

1．5m ，断层产状50ʎ ∠70ʎ 。

隧道入洞口全貌见图1。

岩体计算参数

内摩擦角

φ0/（ʎ

）

105

凝聚力

0/MPa0．20．1

抗拉强度T 0/MPa

10．5

泊松比μ0．190．34

a ）距进洞口5m b ）距进洞口10m

c ）距进洞口20m ｄ）距进洞口30m

图1

红石沟隧道进洞口地形地貌

图3隧道进洞口不同断面围岩变形云图

2数值模拟及结果分析

11-14收稿日期：2012-

2．2数值计算结果分析

★：国家自然科学基金资助项目（项目编号：51109035）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（项目

编号：N110401006；N110301006）

作者简介：刘天宇（1979-），男，工程师