高 振 光

(山東省建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司，山東 濟(jì)南 250001)

地下工程開(kāi)挖引起周圍巖土體應(yīng)力發(fā)生改變，發(fā)展到地表，引起地表沉降。一般認(rèn)為，隧道開(kāi)挖引起地表沉降呈現(xiàn)正態(tài)分布曲線方式[1-3]。目前，針對(duì)隧道開(kāi)挖引起地表沉降計(jì)算方法主要有公式法和數(shù)值模擬法。公式法最常用的是peck公式，該公式需要大量的該地區(qū)的已知沉降資料，進(jìn)行參數(shù)擬合，確定出計(jì)算參數(shù)，然后才能夠準(zhǔn)確計(jì)算出該地區(qū)隧道開(kāi)挖引起地表沉降值。目前主流的數(shù)值模擬主要采用基于連續(xù)介質(zhì)理論的數(shù)值模擬軟件來(lái)進(jìn)行模擬[4-7]，如Midas，F(xiàn)LAC等，這種基于連續(xù)介質(zhì)的數(shù)值模擬軟件進(jìn)行模擬雖然解決了很多工程實(shí)際問(wèn)題，但同時(shí)也存在一些問(wèn)題，特別是遇到節(jié)理巖體，很難進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。本文主要采用UDEC這種離散元數(shù)值模擬軟件，針對(duì)節(jié)理巖體淺埋隧道開(kāi)挖引起地表沉降進(jìn)行模擬，為相關(guān)工程提供技術(shù)參考。

1 工程概況

該隧道為公路隧道，本研究針對(duì)隧道300 m(ZK1+810～ZK2+110)長(zhǎng)的區(qū)間段開(kāi)展研究，洞周寬14.4 m，為單向三車道，該公路隧道設(shè)計(jì)時(shí)速80 km/h；橫斷面設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)圖1。

區(qū)間段所需工程材料見(jiàn)表1。

表1 工程所需要的工程材料表

經(jīng)過(guò)地質(zhì)勘察可知，ZK1+810～ZK2+110研究區(qū)間段圍巖級(jí)別為Ⅱ級(jí)，該圍巖所需支護(hù)類型和參數(shù)見(jiàn)表2，隧道埋深18 m～26 m，隧道深度開(kāi)挖范圍內(nèi)，主要為基巖裂隙水。

2 數(shù)值模擬

2.1 模型的建立

采用UDEC數(shù)值模擬軟件進(jìn)行建模。模擬時(shí)，采用Mohr-Coulomb準(zhǔn)則，進(jìn)行全斷面法開(kāi)挖。模型取隧道K1+810斷面作為試驗(yàn)研究斷面。隧道橫斷面如圖1所示，模型橫向取70 m，高50 m，拱頂?shù)降孛娓叨葹?5.17 m，模型厚1 m。巖體中存在兩組節(jié)理，節(jié)理跡長(zhǎng)為5 m，節(jié)理間距為2 m，一組節(jié)理傾角為73°，另一組節(jié)理傾角為60°，模型如圖2所示。

表2 支護(hù)類型及結(jié)構(gòu)襯砌參數(shù)表

依據(jù)地勘資料以及現(xiàn)場(chǎng)對(duì)斷面上的節(jié)理素描，模型中巖體參數(shù)如表3所示。

表3 巖層變形與強(qiáng)度參數(shù)

2.2 節(jié)理巖體淺埋隧道開(kāi)挖引起地表沉降特征分析

通過(guò)對(duì)2.1節(jié)所建模型進(jìn)行全斷面開(kāi)挖，模擬結(jié)果如圖3所示，地表沉降曲線如圖4所示。沉降特征分析：

1)節(jié)理巖體淺埋隧道開(kāi)挖引起地表沉降曲線呈現(xiàn)偏態(tài)性，而非正態(tài)分布曲線；地表沉降最大值并不在隧道中心線上，而是偏向一側(cè)；

2)地表沉降橫向影響范圍并不是以隧道中心線為對(duì)稱分布，傾角較大一側(cè)影響范圍小，但是受沉降影響劇烈；傾角較小一側(cè)影響范圍大，但是受沉降影響相對(duì)平緩；

3)節(jié)理巖體隧道開(kāi)挖變形首先由巖體節(jié)理弱面產(chǎn)生滑移，并不斷向上方地表傳遞，假設(shè)2組節(jié)理變形與強(qiáng)度力學(xué)參數(shù)相同，則這種變形傳遞過(guò)程中節(jié)理傾角、節(jié)理間距以及節(jié)理跡長(zhǎng)對(duì)地表沉降偏態(tài)性起主要作用。

3 結(jié)語(yǔ)

節(jié)理巖體隧道開(kāi)挖引起地表沉降采用離散元進(jìn)行模擬很好地得到地表沉降非正態(tài)性的特征。通過(guò)UDEC離散元模擬和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)對(duì)比得出，節(jié)理巖體淺埋隧道開(kāi)挖引起地表沉降曲線呈現(xiàn)偏態(tài)性，節(jié)理巖體隧道開(kāi)挖變形由巖體節(jié)理弱面產(chǎn)生滑移，并不斷傳遞到地表。