管鴻浩, 蘇 輝, 楊世武, 胡 憶, 莫陽(yáng)春

(1. 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 湖北 武漢 430063； 2. 蒙西華中鐵路股份有限公司， 北京 100073)

蒙華鐵路三荊段深埋軟弱圍巖隧道荷載研究

管鴻浩1, 蘇 輝2, 楊世武2, 胡 憶1, 莫陽(yáng)春1

(1. 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 湖北 武漢 430063； 2. 蒙西華中鐵路股份有限公司， 北京 100073)

《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》中的深埋圍巖壓力公式?jīng)]有考慮隧道拱部圍巖本身的承載作用以及超前預(yù)支護(hù)作用，荷載計(jì)算結(jié)果偏大。為驗(yàn)證深埋隧道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)際承受的圍巖壓力荷載，以蒙華鐵路三門(mén)峽至荊門(mén)段現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為依托，通過(guò)分析圍巖變形監(jiān)測(cè)資料，探討蒙華鐵路隧道圍巖及結(jié)構(gòu)在隧道開(kāi)挖過(guò)程中的變形行為，并采用拱頂沉降與水平收斂相結(jié)合的位移反分析法，建立荷載-結(jié)構(gòu)法平面有限元模型，反演推導(dǎo)圍巖壓力荷載。分析結(jié)果表明: 雙線(xiàn)隧道反分析得出的圍巖荷載為同級(jí)別按規(guī)范計(jì)算值的70.7%～76.5%；單線(xiàn)隧道反分析得出的圍巖荷載為同級(jí)別按規(guī)范計(jì)算值的88.8%～93.1%。研究成果對(duì)蒙華鐵路隧道現(xiàn)場(chǎng)施工和優(yōu)化支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起到了很好的指導(dǎo)作用，希望能對(duì)以后類(lèi)似隧道工程的設(shè)計(jì)和施工提供參考。

蒙華鐵路； 深埋隧道； 軟弱圍巖； 圍巖壓力； 位移反分析； 隧道荷載

0 引言

隧道荷載的確定是隧道結(jié)構(gòu)計(jì)算的基礎(chǔ)條件，《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》明確計(jì)算深埋隧道襯砌時(shí)，圍巖壓力按松散壓力考慮，并依據(jù)深埋隧道襯砌計(jì)算圍巖壓力公式進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》頒布的時(shí)間順序，文章對(duì)各版本規(guī)范分別以1996版[1]、2001版[2]、2005版[3]、2016版[4]代替。

文獻(xiàn)[1-3]規(guī)定： 隨著統(tǒng)計(jì)樣本數(shù)量的增加，Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級(jí)圍巖坍方高度有所降低。現(xiàn)行2016版規(guī)范[4]： 除Ⅵ級(jí)圍巖計(jì)算值大于統(tǒng)計(jì)值外，其余各級(jí)圍巖計(jì)算值均小于統(tǒng)計(jì)值，且差異較大，其比值從Ⅱ級(jí)圍巖的56.60%到Ⅳ級(jí)圍巖的90.45%，在各個(gè)區(qū)段均有分布。綜合1996版、2001版、 2005版、 2016版規(guī)范，目前的深埋隧道軟弱圍巖壓力荷載的確定還存在以下幾個(gè)方面的不足：

1)規(guī)范采集的塌方樣本均為2001年以前工程實(shí)例，當(dāng)時(shí)施工機(jī)械化水平低，多以人工為主，支護(hù)結(jié)構(gòu)以整體式襯砌為主，在穩(wěn)定圍巖、充分發(fā)揮圍巖自承能力方面相對(duì)不足，導(dǎo)致圍巖松弛，圍巖壓力相對(duì)較大。

2)統(tǒng)計(jì)樣本均為塌方樣本，首先，缺乏穩(wěn)定支護(hù)后的圍巖壓力實(shí)測(cè)值，其次，統(tǒng)計(jì)樣本與計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)值之間存在大小不一的差值，對(duì)此大小不一的差值，并無(wú)系統(tǒng)性分析。

3)當(dāng)前礦山法施工的隧道支護(hù)基本上均采用復(fù)合式襯砌，隧道設(shè)計(jì)計(jì)算大多按初期支護(hù)承受絕大部分圍巖壓力，二次襯砌承受小部分圍巖壓力或者僅作安全儲(chǔ)備來(lái)考慮。實(shí)際施工時(shí)，絕大多數(shù)初期支護(hù)都能很好地穩(wěn)定圍巖，除特殊不良地質(zhì)地段外，初期支護(hù)均能適應(yīng)和承受?chē)鷰r壓力。

4)1996版規(guī)范在回歸公式①(該規(guī)范編號(hào)3.2.1式)的適用條件上說(shuō)明：“當(dāng)采用盾構(gòu)法或用掘進(jìn)機(jī)施工時(shí)，圍巖壓力應(yīng)較(3.2.1)式回歸公式①式計(jì)算值適當(dāng)減少”；“噴錨支護(hù)與模筑混凝土襯砌不同，荷載性質(zhì)有很大差異。后者是以松弛壓力為主的，前者則是支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖體系的相互作用壓力。其分布較均勻，壓力值則受到深埋、坍跨及支護(hù)結(jié)構(gòu)性質(zhì)的影響，所以設(shè)計(jì)噴錨支護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，不宜采用該式?！睋?jù)此可以理解為回歸公式①的計(jì)算值是在無(wú)支護(hù)或不能及時(shí)支護(hù)的情況下發(fā)生的最大圍巖壓力，雖然計(jì)算值較統(tǒng)計(jì)值有一定的修正(大小差異)，但卻缺乏理論上的計(jì)算依據(jù)和實(shí)際上的測(cè)試數(shù)據(jù)支撐。文獻(xiàn)[5-6]指出隧道結(jié)構(gòu)的荷載理論上是在無(wú)支護(hù)條件下開(kāi)挖后再分配的應(yīng)力與圍巖強(qiáng)度的關(guān)系，在有支護(hù)的條件下則是支護(hù)與圍巖相互作用的結(jié)果，因此有必要進(jìn)行進(jìn)一步研究。

綜上所述，本文結(jié)合蒙華鐵路三荊段隧道建設(shè)工程實(shí)例，根據(jù)深埋Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖隧道初期支護(hù)實(shí)測(cè)位移進(jìn)行反分析計(jì)算初期支護(hù)所承受的圍巖壓力。

1 蒙華鐵路三荊段隧道概況

蒙華鐵路三荊段自北向南穿經(jīng)靈三盆地、秦嶺山脈、南襄盆地和宜城丘陵區(qū)等地貌單元，跨越黃河、長(zhǎng)江2大水系。沿線(xiàn)地層種類(lèi)齊全，從太古界到新生代均有出露，巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖3大巖類(lèi)齊全。線(xiàn)路自北向南縱穿中朝準(zhǔn)地臺(tái)、秦嶺褶皺系和揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)等構(gòu)造單元，沿線(xiàn)褶皺、斷層構(gòu)造方向多為東西向，其中華北地臺(tái)、秦嶺褶皺系古老巖層褶皺強(qiáng)烈、斷層密集且規(guī)模大，破碎帶寬數(shù)十m至數(shù)百m，工程建設(shè)條件非常復(fù)雜。

區(qū)段內(nèi)隧道主要集中分布在河南省境內(nèi)靈寶東至西峽東段，且以特長(zhǎng)、長(zhǎng)隧道為主。共有隧道74座，隧道長(zhǎng)度128.38 km，占線(xiàn)路全長(zhǎng)的27.64%。其中Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖約占34.86%。

蒙華鐵路隧道建設(shè)貫徹“盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，充分發(fā)揮圍巖自承能力”的理念，采取“快挖、快支、快封閉”的施工方法，確保初期支護(hù)結(jié)構(gòu)及早受力，盡快封閉成環(huán)。在工法上無(wú)論單雙線(xiàn)均采用臺(tái)階法，軟弱圍巖設(shè)置臨時(shí)仰拱或橫撐；隧道支護(hù)強(qiáng)調(diào)初期支護(hù)穩(wěn)定圍巖的作用，設(shè)置鋼架地段，鋼架全部采用格柵鋼架，初期支護(hù)鋼架緊跟掌子面并封閉成環(huán)。超前支護(hù)除局部地段采用φ89或φ108長(zhǎng)管棚外，其余均采用小導(dǎo)管。單線(xiàn)無(wú)砟隧道、雙線(xiàn)無(wú)砟隧道和雙線(xiàn)有砟隧道初期支護(hù)參數(shù)見(jiàn)表1—表3。對(duì)應(yīng)的典型斷面見(jiàn)圖1—圖3。

表1單線(xiàn)無(wú)砟隧道初期支護(hù)參數(shù)表

Table 1 Primary support parameters for single-line ballastless tunnels

襯砌類(lèi)型C25噴混凝土部位厚度/cm鋼架部位型號(hào)、間距Ⅳb拱墻18拱墻H130@1.2mⅤa全環(huán)22全環(huán)H150@1mⅤb全環(huán)23全環(huán)H150@0.75m

表2雙線(xiàn)無(wú)砟隧道初期支護(hù)參數(shù)表

Table 2 Primary support parameters for double-line ballastless tunnels

襯砌類(lèi)型C25噴混凝土部位厚度/cm鋼架部位型號(hào)、間距Ⅳa拱墻20拱墻H130@1mⅣb拱墻22拱墻H150@1mⅤa全環(huán)23全環(huán)H150@0.75mⅤb全環(huán)25全環(huán)H180@0.75mⅤc全環(huán)30全環(huán)H230@0.6m

表3雙線(xiàn)有砟隧道初期支護(hù)參數(shù)表

Table 3 Primary support parameters for double-line ballast tunnels

襯砌類(lèi)型C25噴混凝土部位厚度/cm鋼架部位型號(hào)、間距Ⅳa拱墻22拱墻H150@1.2mⅣb拱墻23拱墻H150@0.75mⅤa全環(huán)25全環(huán)H180@0.75mⅤb全環(huán)27全環(huán)H180@0.6mⅤc全環(huán)30全環(huán)H230@0.5m

圖1 單線(xiàn)無(wú)砟Va型支護(hù)斷面圖(單位： cm)

Fig. 1 Cross-section of Vatype support for single-line ballastless tunnel(unit： cm)

圖2 雙線(xiàn)無(wú)砟隧道Va型支護(hù)斷面圖(單位： cm)

Fig. 2 Cross-section of Vatype support for double-line ballastless tunnel(unit： cm)

圖3 雙線(xiàn)有砟隧道Va型支護(hù)斷面圖(單位： cm)

Fig. 3 Cross-section of Vatype support for double-line ballast tunnel(unit： cm)

2 初期支護(hù)變形監(jiān)測(cè)情況統(tǒng)計(jì)分析

根據(jù)Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖監(jiān)控量測(cè)情況，監(jiān)測(cè)變形不收斂時(shí)多采取徑向注漿加固圍巖、增設(shè)注漿錨管和增設(shè)套拱鋼架等方法，二次襯砌施工要求監(jiān)測(cè)顯示圍巖穩(wěn)定后施作。綜合三門(mén)峽至荊門(mén)段已施工的非黃土隧道共66座2 311個(gè)量測(cè)斷面，按Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖單洞單線(xiàn)、雙線(xiàn)無(wú)砟和雙線(xiàn)有砟3種襯砌斷面類(lèi)型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)的項(xiàng)目為拱頂沉降值和水平收斂值，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)形成柱狀圖[7-8]。

1)單線(xiàn)隧道Ⅳb型、Ⅴa型和Ⅴb型襯砌監(jiān)測(cè)情況見(jiàn)圖4、圖5和表4。

圖4 單線(xiàn)隧道襯砌拱頂沉降值分布圖

Fig. 4 Distribution of crown top settlement of single-line tunnel lining

圖5 單線(xiàn)隧道襯砌水平收斂值分布圖

Fig. 5 Distribution of horizontal convergence of single-line tunnel lining

表4單線(xiàn)隧道Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖隧道變形情況

Table 4 Single-line tunnel deformation in Grade Ⅳ and Ⅴ surrounding rocks

襯砌類(lèi)型監(jiān)測(cè)斷面數(shù)拱頂沉降值/mm水平收斂值/mmⅣb200 0～5 0～3Ⅴa600.2～30.27～4Ⅴb600.3～3.50.33～3.36

2)雙線(xiàn)無(wú)砟隧道Ⅳa和Ⅳb型襯砌監(jiān)測(cè)情況見(jiàn)圖6、圖7和表5。

圖6 雙線(xiàn)無(wú)砟隧道Ⅳ型襯砌拱頂沉降值分布圖

Fig. 6 Distribution of crown top settlement of Ⅳ type lining of double-line ballastless tunnel

圖7 雙線(xiàn)無(wú)砟隧道Ⅳ型襯砌水平收斂值分布圖

Fig. 7 Distribution of horizontal convergence of Ⅳ type lining of double-line ballastless tunnel

表5雙線(xiàn)無(wú)砟隧道Ⅳ級(jí)圍巖變形情況

Table 5 Deformation of Grade Ⅳ surrounding rock of double-line ballastless tunnel

襯砌類(lèi)型監(jiān)測(cè)斷面數(shù)拱頂沉降值/mm水平收斂值/mmⅣa246-2～9-3～8Ⅳb248-2～7-3～8

3)雙線(xiàn)無(wú)砟隧道Ⅴa型、Ⅴb型和Ⅴc型襯砌監(jiān)測(cè)情況圖8、圖9和表6。

圖8 雙線(xiàn)無(wú)砟隧道Ⅴ型襯砌拱頂沉降值分布圖

Fig. 8 Distribution of horizontal convergence of V type lining of double-line ballastless tunnel

圖9 雙線(xiàn)無(wú)砟隧道Ⅴ型襯砌水平收斂值分布圖

Fig. 9 Distribution of horizontal convergence of V type lining of double-line ballastless tunnel

4)雙線(xiàn)有砟隧道Ⅳa和Ⅳb型襯砌監(jiān)測(cè)情況見(jiàn)圖10、圖11和表7。

5)雙線(xiàn)有砟隧道Ⅴa型、Ⅴb型和Ⅴc型襯砌監(jiān)測(cè)情況見(jiàn)圖12、圖13和表8。

表6雙線(xiàn)無(wú)砟隧道Ⅴ級(jí)圍巖變形情況

Table 6 Deformation of Grade Ⅴ surrounding rock of double-line ballastless tunnel

襯砌類(lèi)型監(jiān)測(cè)斷面數(shù)拱頂沉降值/mm水平收斂值/mmⅤa356-3～141.0～18Ⅴb320-2～14 0～11Ⅴc192-1～15 0～15

圖10 雙線(xiàn)有砟隧道Ⅳ型襯砌拱頂沉降值分布圖

Fig. 10 Distribution of crown top settlement of Ⅳ type lining of double-line ballast tunnel

圖11 雙線(xiàn)有砟隧道Ⅳ型襯砌水平收斂值分布圖

Fig. 11 Distribution of horizontal convergence of Ⅳ type lining of double-line ballast tunnel

表7雙線(xiàn)有砟隧道Ⅳ級(jí)圍巖變形情況

Table 7 Deformation of Grade Ⅳ surrounding rock of double-line ballast tunnel

襯砌類(lèi)型監(jiān)測(cè)斷面數(shù)拱頂沉降值/mm水平收斂值/mmⅣa64-7～9-7～11 Ⅳb91.6～72.5～10.8

圖12 雙線(xiàn)有砟隧道Ⅴ型襯砌拱頂沉降值分布圖

Fig. 12 Distribution of horizontal convergence of Ⅴ type lining of double-line ballast tunnel

圖13 雙線(xiàn)有砟隧道Ⅴ型襯砌水平收斂值分布圖

Fig. 13 Distribution of horizontal convergence of Ⅴ type lining of double-line ballast tunnel

表8雙線(xiàn)有砟隧道Ⅴ級(jí)圍巖變形情況

Table 8 Deformation of Grade V surrounding rock of double-line ballast tunnel

襯砌類(lèi)型監(jiān)測(cè)斷面數(shù)拱頂沉降值/mm水平收斂值/mmⅤa238-7～15.6-7～14Ⅴb192-11～15-5～12Ⅴc126-8～16-9～16

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：

1)Ⅳ級(jí)圍巖共收集監(jiān)測(cè)斷面767個(gè)，變形基本控制在0～20 mm，僅少數(shù)斷面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)20 mm，該區(qū)段圍巖為云母片巖、炭質(zhì)板巖等軟巖，圍巖壓力相對(duì)較大。

2)Ⅴ級(jí)圍巖共收集監(jiān)測(cè)斷面1 544個(gè)，變形基本控制在0～25 mm，僅少數(shù)斷面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)25 mm，該區(qū)段圍巖為云母片巖、炭質(zhì)板巖等軟巖，圍巖壓力相對(duì)較大。

3)圍巖變形量基本控制在規(guī)范提供參考的預(yù)留變形量下限值以?xún)?nèi)。施工現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)顯示，Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖初期支護(hù)變形收斂時(shí)間分別約為1.5月、2月，可見(jiàn),初期支護(hù)基本能夠承受全部圍巖壓力。

3 隧道初期支護(hù)荷載反分析

3.1 位移反分析方法

隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)因受到圍巖釋放的應(yīng)力作用而產(chǎn)生變形，相比于結(jié)構(gòu)材料形式復(fù)雜的圍巖，支護(hù)結(jié)構(gòu)的材料截面形式則容易獲取。在巖石力學(xué)與工程中，利用工程現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量得到的反映系統(tǒng)力學(xué)行為的某些物理量來(lái)推算該系統(tǒng)的各項(xiàng)或一些初始參數(shù)，這種問(wèn)題通常被稱(chēng)為反分析法。位移反分析法正是通過(guò)隧道現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)的位移數(shù)據(jù)，利用數(shù)學(xué)力學(xué)模型進(jìn)行位移-荷載反演法來(lái)推求支護(hù)荷載[9-12]。

隧道在開(kāi)挖過(guò)程中破壞了原有地層的相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，從而引起洞周?chē)鷰r體的變形與位移。通過(guò)各種量測(cè)手段，可測(cè)得測(cè)點(diǎn)處的相對(duì)位移或絕對(duì)位移

(1)

另外，用初始的圍巖參數(shù)，通過(guò)數(shù)值模擬分析可得各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的模擬位移數(shù)值解

U=(u1,u2,…，ui), (i=1,2,…,n)。

(2)

式中u1,u2,…，ui為各監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的位移模擬計(jì)算值。

材料參數(shù)X主要包括地層材料彈性抗力系數(shù)k、泊松比μ、黏聚力c、內(nèi)摩擦角φ、地層重度γ和噴射混凝土厚度d等，簡(jiǎn)記為X=(k,μ,c,φ,d)T，所需要確定的參數(shù)稱(chēng)為設(shè)計(jì)變量。 數(shù)值模擬得到的計(jì)算值與現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)得到的實(shí)測(cè)值總有一定的差異，這種差異在數(shù)學(xué)上常用誤差函數(shù)或目標(biāo)函數(shù)Δe來(lái)表示。

(3)

反分析理論認(rèn)為： 當(dāng)誤差函數(shù)Δe取最小值時(shí)，計(jì)算得到的位移解與實(shí)測(cè)得到的位移最為接近，計(jì)算采用的作用于隧道結(jié)構(gòu)上的荷載即可視為現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)的作用于隧道結(jié)構(gòu)上的荷載。

3.2 數(shù)值模擬

采用“荷載-結(jié)構(gòu)”法[13-14]計(jì)算隧道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，初期支護(hù)結(jié)構(gòu)采用梁?jiǎn)卧M，圍巖與初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的相互作用采用彈簧單元模擬。計(jì)算模型及計(jì)算荷載如圖14所示，計(jì)算圍巖物理力學(xué)參數(shù)取值見(jiàn)表9。

(a) 計(jì)算模型

(b) 計(jì)算荷載示意圖

圍巖級(jí)別容重/(kN/m3)彈性抗力系數(shù)/(MPa/m)泊松比內(nèi)摩擦角/(°)黏聚力/MPaⅣ21.53500.32300.4Ⅴ18.51500.4123.50.125

3.3 基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)位移反分析的隧道圍巖壓力

以實(shí)測(cè)位移值為基礎(chǔ)，為了包含更多分析數(shù)據(jù)，以各級(jí)圍巖支護(hù)分析中數(shù)據(jù)主要集中區(qū)段的大值作為實(shí)測(cè)位移值，對(duì)設(shè)置鋼架的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，反分析變形下的隧道圍巖壓力。單線(xiàn)單洞隧道斷面狹長(zhǎng)，按收斂變形值控制；雙線(xiàn)隧道斷面接近圓形按沉降變形值控制，計(jì)算結(jié)果如表10所示。

表10 反分析圍巖壓力計(jì)算值

注： *比值=(計(jì)算值對(duì)應(yīng)土荷載高度/按隧規(guī)計(jì)算荷載高度)×100%。

從表10可以看出：

1)單線(xiàn)隧道反分析得出圍巖壓力對(duì)應(yīng)的土荷載高度Ⅳ級(jí)圍巖為3.72 m，Ⅴ級(jí)圍巖為7.81～8.01 m，與按規(guī)范松散壓力考慮計(jì)算高度Ⅳ級(jí)圍巖4.19 m、Ⅴ級(jí)圍巖8.52～8.56 m相比，反分析得出的圍巖荷載小于按規(guī)范計(jì)算的值，前者約為后者的88.8%～93.1%。

2)雙線(xiàn)隧道反分析得出土荷載高度Ⅳ級(jí)圍巖為4.35～4.65 m，Ⅴ級(jí)圍巖為8.51～8.99 m，與按規(guī)范松散壓力考慮計(jì)算高度Ⅳ級(jí)圍巖5.77～6.12 m、Ⅴ級(jí)圍巖11.65～12.48 m相比，反分析得出的圍巖荷載小于按規(guī)范計(jì)算的值，前者約為后者的70.7%～76.5%。

4 結(jié)論與討論

1)通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反分析得出的圍巖荷載要小于按規(guī)范計(jì)算的值，表明采用“快挖、快支、快封閉”的施工方法和超前預(yù)支護(hù)措施后，開(kāi)挖引起的隧道周邊圍巖的松弛范圍減小，圍巖自承能力得到提高，作用在初期支護(hù)上的荷載減小。

2)本文從另一個(gè)角度即支護(hù)與地層的相互作用結(jié)果——監(jiān)測(cè)變形值來(lái)計(jì)算分析支護(hù)結(jié)構(gòu)承受的圍巖壓力(圍巖荷載)，此方法可以為隧道動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)提供參考。

3)由于受施工范圍的限制，樣本只采用蒙華三荊段收集的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。由于樣本數(shù)量有限，部分支護(hù)類(lèi)別樣本數(shù)量偏少，導(dǎo)致分析結(jié)果與實(shí)際情況可能存在一定偏差。

4)因受條件限制，未進(jìn)行初期支護(hù)背后壓力測(cè)試，現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)可考慮配合壓力測(cè)試進(jìn)行圍巖荷載的確定。

5)本文僅對(duì)Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖深埋隧道進(jìn)行了分析，缺少Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖的分析結(jié)果。建議今后在條件許可的情況下，按此方法開(kāi)展更多不同工況條件的圍巖荷載分析。

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StudyofLoadofDeep-buriedSoft-and-WeakSurroundingRockinSanmenxia-JingmenSectiononMenghuaRailway

GUAN Honghao1, SU Hui2, YANG Shiwu2, HU Yi1, MO Yangchun1

(1.ChinaRailwaySiyuanSurveyandDesignGroupCo.,Ltd.,Wuhan430063,Hubei,China; 2.Mengxi-HuazhongRailwayCo.,Ltd.,Beijing100073,China)

The current formula for deep-buried surrounding rock pressure inCodeforDesignonTunnelofRailwaydoes not take the bearing capacity of the surrounding rock of the tunnel arch and the effect of advanced support into consideration, and the calculated load is overlarge. In order to verify the actual compressive load of surrounding rock on primary support structure of deep tunnel, the deformation behavior of surrounding rocks and structure of Sanmenxia-Jingmen Section on Menghua Railway is discussed by analyzing deformation monitoring data of surrounding rocks; and the load-structure plane finite element model is established and the compressive load of surrounding rock is deduced by displacement analysis method of crown top settlement combined with horizontal convergence. The analytical results show that: 1) The surrounding rock load obtained by double-line tunnel back analysis is about 70.7%-76.5% of the calculated value obtained by formula of relevant standards. 2) The surrounding rock load obtained by single-line tunnel back analysis is about 88.8%-93.1% of the calculated value obtained by formula of relevant standards. The study results can provide guidance for site construction and support structure design and optimization of Menghua Railway.

Menghua Railway; deep tunnel; soft-and-weak surrounding rock; surrounding rock pressure; displacement back analysis; tunnel load

2017-08-16;

2017-12-08

管鴻浩(1972—)，男，湖北武漢人，1995年畢業(yè)于西南交通大學(xué)，土建工程專(zhuān)業(yè)，本科，高級(jí)工程師，主要從事隧道及地下工程設(shè)計(jì)工作。E-mail： tsyghh@163.com。

10.3973/j.issn.2096-4498.2017.12.004

U 459.1

A

2096-4498(2017)12-1529-07