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論文導讀:：本文以公路隧道為研究對象，�、艏墖鷰r，利用有限元程序?qū)ε_階開挖法和環(huán)形開挖法進行了數(shù)值模擬，分析了其支護后襯砌結構的應力和變形特征。在此基礎上，針對目前隧道襯砌結構在修建和運營過程中的不足，提出一種雙孔支護方案，并進行了較系統(tǒng)的數(shù)值模擬。研究結果表明：環(huán)形開挖法的最大應力和位移明顯小于臺階開挖法，雙孔支護方案能很好地減小襯砌的受力和變形，為隧道的設計和施工提供一種新的思路。
論文關鍵詞：公路隧道，襯砌，開挖方法，雙孔支護

　　0 引言
　　當前，關于單拱隧道的開挖方式，主要有三種，即全斷面法、臺階法和環(huán)形法[1]。在地形和地質(zhì)較為惡劣的情況下，合理的隧道開挖方案和支護結構對維持隧道圍巖的穩(wěn)定有重要作用，對不同開挖法和不同支護結構進行對比研究，其結果對工程實踐具有一定的指導意義。本文以隸屬Ⅳ級巖體（即碎石結構、易松動）的隧道為研究對象，對后兩種開挖法進行數(shù)值模擬[2]，對比分析隧道圍巖的應力和變形特征期刊網(wǎng)，旨在探討隧道在開挖和支護過程中普遍的問題，如拱頂塌方、底部拱起、掉快、拱肩破碎等，并提出更好的襯砌結構形式，避免或減緩上述病害的出現(xiàn)。
　　1.有限元模型與相關參數(shù)
　　相關設計參數(shù)為：建筑限界寬10.0m，高6.0m；內(nèi)凈空采用拱部單心圓方案，凈空面積為60.25m2，凈空周長32.50m；Φ22錨桿，間距為60cm，桿長3m；C25噴射混凝土厚度28cm；洞室周圍圍巖選取面積10080。建模時，取彈塑性平面應變模型；在開挖及支護后，把襯砌作為骨架結構，考慮錨桿和噴射混凝土的共同作用[2-6]；圍巖及襯砌的物理參數(shù)，根據(jù)設計資料和相應規(guī)范擬定，其值如表1所示。 根據(jù)有限元數(shù)值計算特點，對其施工工序做了相應的簡化，處理后的步驟如表2。邊界約束為兩側(cè)施加滑動支座，使水平位移為0；下側(cè)則施加豎向約束，使垂直位移為0；上側(cè)為自由邊界。網(wǎng)格劃分時期刊網(wǎng)，選用二維四節(jié)點等參單元PLANE42劃分圍巖；用二維梁單元beam3來模擬襯砌，錨桿用二維桿單元Link1。隧道所承受荷載主要有自重應力場和側(cè)壓力，參照公路隧道規(guī)范選取[2]。
　　表1 圍巖及各結構材料的物理力學參數(shù)表
　　Tab.1The mechanical parameters of rock and other structures
　　

表2 不同開挖方法的主要步驟
　　Tab.2Major procedures of differential excavation steps
　　

2.有限元結果分析
　　由于本文重點研究開挖支護后，襯砌的受力和變形特征，因此，提取支護后隧道洞周特殊點的位移和應力信息。所取特殊點分別是拱頂、拱肩、拱腰、拱腳，其所處位置如圖1：
　　圖1 隧道特殊點位置示意圖
　　Fig.1Special points position on rock of the tunnel
　　2.1開挖支護后的位移場分析
　　澆筑襯砌后，隧道洞周特殊點的位移值，如圖2所示。由圖可知，采用環(huán)形開挖，所引起的拱頂沉降（即Y向位移）明顯小于臺階法；而橫向位移（即X向位移），則略小于臺階法（注：兩者產(chǎn)生的橫向位移均很小）。
　　綜合位移數(shù)值可知：臺階法，拱頂處產(chǎn)生了最大沉降13.12mm，其次為拱腰有11.02mm的沉降值；環(huán)形法，拱頂處最大沉降為10.25mm，拱腰處沉降為9.04mm，最小沉降為拱底處5.04mm。
　　
　　圖2隧道洞周處關鍵點的水平位移與豎向位移（mm）
　　Fig.2the horizontal and vertical displacements of special points on rock
　　2.2開挖支護后的應力場分析
　　澆筑襯砌后，兩種開挖法所對應隧道洞周期刊網(wǎng)，特殊點的主應力值如圖3所示。對比兩種開挖法，從特殊點的主應力值對比可知，環(huán)形開挖產(chǎn)生的應力相對較小，其最大主壓應力為2.06Mpa，而最小主拉應力則不超過0.38Mpa。 綜合應力數(shù)值可知，對于臺階開挖，所產(chǎn)生的最大主應力在拱腰處，值為3.24Mpa，而環(huán)形開挖，最大主應力也在拱腰處，值為2.06MPa；其均在拱頂和拱腳處出現(xiàn)拉應力，拉應力值最小為0.12MPa。在此給出環(huán)形開挖法的最大沉降圖及最大主應力云圖，見圖4和圖5.
　　
　　圖3 特殊點的最大和最小主應力值（Mpa）
　　Fig.3The max and min values of special points
　　
　　
　　圖4 豎直方向（y方向）位移云圖圖5最大主應力云圖
　　Fig.4 Thevertical displacements of tunnel Fig.5 The distributionmax principal stresses
　　階段也是隧道施工安全與否和圍巖是否被綜合對比以上結果，從兩者開挖到支護后的變形和應力特征可以看出，隧道拱頂有較大沉降，在所承受的拉應力達到一定值時，可能引發(fā)掉快或坍塌事故，而拱底在較大壓應力作用下會向上拱起或者剪切破壞。隧道拱腳和拱肩處有一定范圍的應力集中現(xiàn)象期刊網(wǎng)，若其應力達到圍巖屈服強度，則可能引起局部位置破壞。
　　3 新方案提出
　　針對以上問題，本文提出以下改進的支護方法：即帶附加支撐的雙孔支護結構型式，其示意圖見圖6。采用相同參數(shù)條件，改用此種支護結構，并進行數(shù)值模擬分析后，得到隧道洞周特殊點的位移和應力值，對比分析如表5所示。此外，該種結構形式所產(chǎn)生的豎向位移云圖和最大主應力云圖如圖5和圖6。由此可知，拱頂沉降得到有效控制，且洞室圍巖應力很小，應力集中現(xiàn)象得到有效控制，此外，還有效抑制底部拱起現(xiàn)象的出現(xiàn)，對拱肩位置起到了加強作用。盡管在目前單拱隧道中，還未曾采用過此種類型的襯砌結構，但是，從隧道的長期安全和穩(wěn)定角度考慮期刊網(wǎng)，此種支護方式是很具有實踐價值的，且承受載荷能力較強。
　　
　　圖6 初期支護后隧道斷面示意圖
　　Fig.6 The cross section of tunnel afterprimary support
　　表5 新襯砌支護產(chǎn)生的應力與原襯砌產(chǎn)生的最小應力值對照表（Mpa）
　　Tab.5 the comparison of stress created bynovel lining and original lining (Mpa）
　　
　　
　　圖5 豎直方向（y方向）位移云圖圖6最大主應力云圖
　　Fig.5 The vertical displacements of tunnelFig.6 The distribution of max principal stresses
　　4.結論
　　本論文對Ⅳ級隧道圍巖的開挖方法進行了力學分析，得出如下結論：
　　1）通過數(shù)值模擬并比較分析可知，環(huán)形開挖法產(chǎn)生的變形和應力是較小的，相對而言較安全，在施工中應優(yōu)先考慮。
　　2）從兩種開挖法支護后的應力和位移可知，初期支護后，隧道拱頂和拱底存在著沉降和應力較大的問題，因此，本文提出了一種新的支護方案，有效的改善其受力機理，降低此類問題出現(xiàn)的可能性，使隧道在支護后較穩(wěn)定。

參考文獻
[1]周愛國,唐朝暉,方勇剛.隧道工程現(xiàn)場施工技術[M]. 北京, 人民交通出版社, 2004:45-60.
[2]公路隧道設計規(guī)范[S]. 中華人民共和國行業(yè)標準, JTGD70-2004,2004. (Code for Design of RoadTunnel[S]. Design Specification for the Engineering ofNatural Reserves. JTGD70-2004, 2004.)
[3]李之達,劉勁勇,易輝,蔡佳駿.錨噴支護對隧道圍巖的穩(wěn)定性分析[J]. 湘潭大學自然科學學報, 2005,(3): 47-49.(Li Zhida, Liu Jingyong, Yi Hui, Cai Jiajun. Research on stability forsurrounding Rock of the Tunnel Supported by Bolt-shotcrete[J]. National ScienceJournal of Xiangtan University, 2005,(3): 47-49 (in Chinese).)
[4]TALHI K T,BENSAKER B. Design of a model blastingsystem to measure peak P-wave stress[J]. Soil Dynamics andEarthquake Engineering, 2003(4): 513-519.
[5]李圍.ANSYS土木工程應用實例[M]. 中國水利水電出版社, 2007(19).
[6]潘昌實.隧道力學數(shù)值方法[M]. 中國鐵道出版社, 1995(6).
[7]劉庭金,朱合華.偏壓連拱隧道病害分析及治理措施[J].中國公路學報, 2005, 18(4): 62-66.(Liu Tingjin,Zhu He-hua. Research on defects of arcade tunnel with partial pressure and itstreating measurements[J]. China Journal of Highway and Transport, 2005, 18(4):62-66(in Chinese).)
[8]王林,呂康成.監(jiān)控量測在隧道大變形治理中的應用[J].公路,2010(3):186-191.
[9]高盟,高廣運,王瀅,楊成斌,熊浩.飽和土與襯砌動力相互作用的圓柱形孔洞內(nèi)源問題解答[J]. 固體力學學報, 2009(5): 481-488. (Meng Gao, Gao Guangyun, WangYing, Yang Chenbin, Xiong Hao. A SOLUTIONON THE INTERNAL SOURCE PROB LEM OF ACYLINDRICAL CAVITY COSIDERING THE DYNAMIC INTERACTION BETWEEN LINING ANDSATURATED SOIL[J]. CHINESEJOURNAL OF SOL ID MECHANICS, 2009(5):481-488(in Chinese).).
[10]葉飛,何川,夏永旭.公路隧道襯砌裂縫的跟蹤監(jiān)測與分析研究[J]. 土木工程學報, 2010(7): 97-104. (YeFei, He Chuan, Xia Yongxu. Post2 construction monitoring and analysis forhighway tunnel lining cracks[J]. CHINA CIVIL ENGINEERING JOURNAL, 2010(7): 97-104 (in Chinese).)