摘要：以炭质页岩隧道净空位移监控量测数据为基础，结合abqus数值模拟结果，对比分析炭质页岩的埋深变形规律，旨在为炭质页岩隧道设计、施工提供一定的依据。
1 引言
监控量测对于软岩隧道动态设计及现场施工处置尤其重要，是判断隧道围岩稳定性，施做二衬的重要依据之一[1]。软岩隧道净空位移大小的重要影响因素是软岩松动圈，施工过程松动圈的扩大必然会导致变形与支护难度增加，查明软岩隧道松动圈范围进行有效支护是防止松动圈的进一步发展，控制围岩有害变形的有效手段[2]。
2 地质概况
隧址区基岩主要以二叠系下统（P1a）一套地槽型海相沉积碎屑岩系。灰黑色泥粉质页岩与板岩互层，胶结差，层理面极易开裂，结构松散破碎，呈现泥粉质，强度极低，为典型炭质页岩构造。隧道洞身段深埋围岩主要为Ⅴ级，自稳能力差，隧道监测显示日均变形量大，施工过程初支钢拱架扭曲变形时有发生，对工程进度、质量、安全造成极大影响。
3 位移监测变形[3]
软岩变形与隧道松动圈范围有着直接的关联，隧道埋深又影响着松动圈大小。本节通过分析隧道Ⅴ级围岩进口段YK329+880 ~ YK330+805（图1-4）监控量测数据，探讨炭质页岩埋深变形规律。按式1计算围岩竖向均布压力为245 KN/m3。
（1）
式中：
— 围岩级别，
；
— 围岩重度，
；
— 宽度影响系数，
；
— 隧道宽度，
；
— 围岩压力增减率，
。
再按2.5倍荷载等效高度计算得到深浅埋隧道分界深度为31m，其中荷载等效高度
计算公式为
（2）
判断出YK329+880 ~ YK330+805段全部为Ⅴ级深埋隧道。
图1 埋深-左拱腰变形曲线
图2 埋深-右拱腰变形曲线
图3 埋深-拱顶变形曲线
图4 埋深-水平收敛曲线
分析拱顶、水平收敛、左右拱腰与埋深关系可知炭质页岩隧道净空位移随着埋深增加呈现非线性增长趋势，间接表明松动圈随着埋深增大呈现非线性增大；对于本炭质页岩隧道而言，隧道埋深在110m以下时，变形缓慢，说明初期支护支护能力能够有效抵抗变形，控制松动圈继续扩大，在埋深超过110m后，初支支护能力不足，导致在开挖后形成的松动圈进一步增大，此时，应进行动态初期支护变更，加强防护能力。
4 数值模拟
软岩隧道施工过程查明松动圈是进行初期支护动态设计的重要依据之一，但由于松动圈试验都是在初期支护完成后开展，试验较为复杂，很难在施工中逐断面开展，本节根据普氏理论，利用ABAQUS出色的非线性处理能力[3]模拟在2m、4m、6m、8m围岩自重拱圈下的隧道位移，并于监测数据进行对比，推测松动圈范围。初支采用施工中使用Ⅰ22a工字钢，E=210Gpa，μ=0.31，结果如下。
图5 模拟松动圈-位移曲线
通过图表可知，围岩8m塌落高度得到水平收敛23.1cm，拱顶沉降34.1cm，拱顶沉降大于水平收敛。结合实际监控情况，当埋深超过110m后，初支支护能力不足，松动圈进一步扩大，不与监测数据作对比考虑，只对比隧道埋深小于110m的YK329+880 ~ YK330+438段，排除监测数据个别离散点，此段拱顶沉降监测数据范围3.4~38cm，2~8m围岩压力下模拟得到8.7~34.4cm，水平收敛监测数据范围3.6~41cm，模拟数据5.8~23.1cm，2~8m围岩压力下水平收敛与拱顶沉降模拟结果与监测数据变化范围均在3~35cm，基本相符合，再考虑到施工过程支护不及时造成松动圈可控范围内一定的增大，推测此段松动圈由小桩号至大桩号从1.5m变化到6.5m。
5 结论
通过监测数据得到炭质页岩隧道埋深与位移的非线性关系，间接表明了松动圈的与埋深的非线性关系，并与模拟结果对比，推测出隧道松动圈范围。
参考文献：
[1]周玉宏，赵燕明，程崇国，等. 元磨高速公路桥头隧道施工中的监控与分析[J]. 地下空间，2002，22（2）：115-119.
[2]董方庭. 巷道围岩松动圈支护理论[J]. 锚喷支护，1997（1）：7-10.
[3]李晓红，李登新，靳晓光，顾义磊，初期支护对软岩隧道围岩稳定性和位移影响分析[J]. 岩土力学，2005，26（8）：1207-1210.
[4]费康，张建伟. ABAQUS在岩土工程中的应用[M].杭州：浙江大学出版社，2006.
作者简介：付森，男，硕士研究生，从事高速公路建设管理工作。
论文作者:付森
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/12
标签：隧道论文; 围岩论文; 页岩论文; 位移论文; 拱顶论文; 数据论文; 水平论文; 《基层建设》2019年第17期论文;