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摘要：高埋深软岩隧道开挖易出现大塌方，隧道开挖支护对于隧道围岩的稳定性起着至关重要的作用，本文针对雷公山隧道的围岩情况及选取支护材料进行开挖数值模拟，结果表面施加高强度混凝土支护可大幅降低隧道变形，合理的支护可降低收敛时的位移变形量。
关键词：高埋深；不平衡力；数值模拟
1 前言
高埋深隧道的开挖由于开挖卸荷和复杂地质构造作用，软岩隧道在开挖过程中易出现塌方，对于高埋深公路隧道开挖出现的塌方大变形问题是急需解决的。
2 工程概况
雷公山隧道地处云贵高原的东南侧向湘桂丘陵盆地过渡的斜坡台地。场区地貌类型属侵蚀-剥蚀型低山地貌，地表受侵蚀作用强烈，地势起伏较大，最大埋深681m，地质条件基岩按岩体节理裂隙发育及风化程度分为强、中风化层；灰褐色，薄~中层状，节理裂隙很发育且富水，结构面结合性差，岩体破碎，岩芯呈碎块状，围岩总体围岩为凝灰质板岩。
3 UDEC对隧道开挖数值模拟
UDEC是通用离散元软件，预先用节理和断层将模型划分为块体和接触两种材料，通过分别设置两者参数可以良好模拟非连续变形材料的力学性质，由于雷公山隧道围岩多为IV级和V级围岩，且存在断层，利用UDEC模拟IV级和V级围岩施加支护前后的变形情况。
3.1 数值模型建立
雷公山隧道可简化为宽12.3m，高7.1m的拱形隧道，平均埋深400m，对隧道周围围岩取宽200m，高200m部分，底端和左右施加位移约束，顶端施加400m深等效地应力。选择支护为钢筋混凝土混合支护，将其等效成高强度混凝土进行喷射支护，岩石、节理和混凝土参数如表1所示。
表1 数值计算主要参数表
3.2 IV级围岩变形与支护
数值实验对隧道拱顶施加位移监测点监测变形，图1为IV级围岩最大不平衡力和拱顶变形，图2为支护后最大不平衡力和拱顶变形。
a.最大不平衡力 b.变形图
图2 支护后最大不平衡力与拱顶变形
结果表明，未支护时经10000计算时步结果收敛，拱顶最大变形为9.5mm，而支护后计算时步降低为7000时步，最大变形降为4.8mm，变形量缩减为原变形的50.52%，可见支护后使得隧道变形减小并加快迭代步数。
3.3 V级围岩变形与支护
将模型参数调整为V级围岩参数并对其施加支护，图3为V级围岩最大不平衡力和拱顶变形，图4为V级围岩最大不平衡力和拱顶变形。
a.最大不平衡力 b.变形图
图4 支护后最大不平衡力与拱顶变形
结果表明，未支护时收敛时步为17000步，拱顶最大变形为30mm，支护后收敛时步降低为7000时步，拱顶最大变形为9mm，变形量变为原变形量的30%。
4 结语
本文以雷公山隧道为背景工程，对雷公山隧道IV级围岩和V级围岩开挖支护进行模拟，可见施加高强度混凝土支护可大幅降低隧道变形，合理的支护可降低收敛时的位移变形量，文章所得结论可为高埋深隧道软岩大变形灾害的防治具有一定的理论指导意义。
参考文献：
[1]郭超，卢意，龚毅，等.复杂地下空间隧道开挖变形及受力数值模拟分析[J].建筑技术，2017，48（6）：645-648.
[2]张向东，刘严.基于ADINA的隧道开挖变形分析[J].北方交通，2008（11）：72-74.
论文作者:赵鑫
论文发表刊物:《基层建设》2018年第28期
论文发表时间:2018/11/16
标签：围岩论文; 隧道论文; 拱顶论文; 不平论文; 雷公论文; 数值论文; 节理论文; 《基层建设》2018年第28期论文;