李俊鋒，張 卓，何嶸國(guó)

（1．云南省交通運(yùn)輸廳工程質(zhì)量監(jiān)督局，云南 昆明 650214； 2．中鐵西南科學(xué)研究院有限公司，四川 成都 611731）

隨著我國(guó)隧道工程修建技術(shù)的飛速發(fā)展，不同圍巖級(jí)別、不同斷面形狀條件下更為合理、經(jīng)濟(jì)的支護(hù)參數(shù)與變形控制成為當(dāng)前隧道工程精益求精的追求目標(biāo)，也是精細(xì)化設(shè)計(jì)施工的體現(xiàn)。根據(jù)類(lèi)比法對(duì)比鐵路、公路、城市地鐵等交通行業(yè)的不同支護(hù)參數(shù)及其效果［1－8］，進(jìn)而吸收再創(chuàng)新是工程中一種便捷的方式。本文依托玉楚高速公路與蒙華鐵路，在經(jīng)驗(yàn)認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、支護(hù)參數(shù)對(duì)比分析，并通過(guò)數(shù)值計(jì)算驗(yàn)證，分析兩者在支護(hù)參數(shù)上的差異性，為相互借鑒確定更為合理的支護(hù)參數(shù)提供參考。

1 變形數(shù)據(jù)對(duì)比分析

統(tǒng)計(jì)分析玉楚高速公路與蒙華鐵路雙線隧道在Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)圍巖下的拱頂沉降值，其中玉楚高速淺埋樣本量213 組，深埋209 組，蒙華鐵路淺埋樣本量441 組，深埋372 組，其結(jié)果分別如下：

1） Ⅳ級(jí)圍巖。玉楚高速淺埋地段拱頂下沉最大值為203．8 mm，集中分布在155 mm 以內(nèi)，占比95．00%。深埋地段拱頂下沉最大值為248． 3 mm，集中分布在235 mm 以內(nèi)，占比94．78%。蒙華鐵路淺埋地段拱頂下沉最大值為49． 6 mm，集中分布在25 mm 以內(nèi)，占比95．88%。深埋地段拱頂下沉最大值為75．3 mm，集中分布在55 mm 以內(nèi)，占比94．65%。2） Ⅴ級(jí)圍巖。玉楚高速淺埋地段拱頂下沉最大值為295．3 mm，集中分布在250 mm 以內(nèi)，占比95．38%。深埋地段拱頂下沉最大值為325．0 mm，集中分布在290 mm 以內(nèi)，占比96．00%。蒙華鐵路淺埋地段拱頂下沉最大值為231．6 mm，集中分布在50 mm 以內(nèi)，占比95．92%。深埋地段拱頂下沉最大值為69．8 mm，集中分布在30 mm 以內(nèi)，占比94．81%?？傮w而言，相同圍巖級(jí)別下玉楚高速公路隧道變形值均大于蒙華鐵路，除部分地段圍巖巖性差異外，可能與斷面形狀、支護(hù)參數(shù)等有關(guān)，需進(jìn)一步探討。

2 支護(hù)參數(shù)對(duì)比分析

參考設(shè)計(jì)資料，蒙華鐵路隧道襯砌斷面分為Ⅳa（深埋） 、Ⅳb（淺埋） 、Va（深埋） 、Vb（淺埋） 、Vc（加強(qiáng)） ； 玉楚高速公路隧道襯砌斷面分為SF4a（淺埋） 、SF4b（深埋） 、SF4c（深埋） 、SF5a（淺埋） 、SF5b（深埋） 、SF5c（加強(qiáng)） 。各襯砌類(lèi)型設(shè)計(jì)參數(shù)如表1 所示。

表1 支護(hù)主要設(shè)計(jì)參數(shù)表

由表1 可知，玉楚高速在相同圍巖級(jí)別下，無(wú)論深埋或淺埋條件，初期支護(hù)噴混凝土厚度、錨桿長(zhǎng)度、拱架型號(hào)均小于蒙華鐵路，而在二次襯砌厚度和預(yù)留變形量上大于蒙華鐵路，體現(xiàn)了公路隧道弱初支，強(qiáng)二襯，預(yù)留變形量大的特點(diǎn)。21．11 mm） ，深埋工況規(guī)律與淺埋相同。主要原因?yàn)椋?相同條件下玉楚高速公路隧道的橫斷面面積更大，而其襯砌剛度相比于蒙華鐵路更弱。

3 數(shù)值模擬對(duì)比分析

3．1 計(jì)算參數(shù)

根據(jù)設(shè)計(jì)資料及規(guī)范，取圍巖和初期支護(hù)結(jié)構(gòu)材料物理力學(xué)參數(shù)如表2，表3 所示。

表2 圍巖力學(xué)參數(shù)取值表

表3 支護(hù)力學(xué)參數(shù)取值表

3．2 計(jì)算模型

計(jì)算模型水平方向取90 m，針對(duì)不同的工況，隧道埋深不同，因此模型的豎向高度不同，深埋取50 m（計(jì)算模型豎向?yàn)?0 m） ，淺埋取10 m（計(jì)算模型豎向?yàn)?0 m） ，初始應(yīng)力僅考慮自重應(yīng)力場(chǎng)的影響。利用FLAC3D 軟件對(duì)計(jì)算模型邊界條件作如下選定： 模型上方地表為自由邊界，模型底部施加X(jué)，Y，Z方向的固定約束，左右邊界施加X(jué)方向的水平約束，前后邊界施加Y方向的約束，圍巖采用摩爾庫(kù)侖本構(gòu)模型，襯砌采用彈性模型，并均按臺(tái)階法施工進(jìn)行模擬。

深埋計(jì)算模型如圖1 所示。

圖1 深埋計(jì)算模型

2） Ⅴ級(jí)圍巖計(jì)算結(jié)果。

Ⅴ級(jí)圍巖對(duì)應(yīng)玉楚高速公路SF5a，SF5b，SF5c 型襯砌以及蒙華鐵路Va 型，Vb，Vc 型襯砌。施工完畢后豎向、水平位移計(jì)算結(jié)果如表5 所示，典型斷面豎向位移云圖如圖3 所示。

圖3 Ⅴ級(jí)圍巖典型斷面豎向位移云圖

表5 Ⅴ級(jí)圍巖襯砌位移計(jì)算結(jié)果

3．3 計(jì)算結(jié)果

1） Ⅳ級(jí)圍巖計(jì)算結(jié)果。

Ⅳ級(jí)圍巖對(duì)應(yīng)玉楚高速公路SF4a，SF4b，SF4c 型襯砌以及蒙華鐵路Ⅳa 型、Ⅳb 型襯砌。施工完畢后豎向、水平位移計(jì)算結(jié)果如表4 所示。

表4 Ⅳ級(jí)圍巖襯砌位移計(jì)算結(jié)果

典型斷面豎向位移云圖如圖2 所示。

圖2 Ⅳ級(jí)圍巖典型斷面豎向位移云圖

由上，淺埋工況，玉楚高速公路SF4a 型襯砌施工完成后，豎向位移為31．03 mm，水平收斂為25．28 mm，比蒙華鐵路Ⅳb 型襯砌隧道位移更大（豎向18．08 mm，水平

由上，就支護(hù)剛度比較而言，玉楚高速公路SF5c 型襯砌隧道要大于SF5a 型襯砌隧道，而蒙華鐵路Vb 型襯砌隧道要大于Vc 型襯砌隧道。淺埋，就位移量值比較而言，SF5c ＞SF5a ＞Vc ＞Vb。深埋，玉楚高速公路SF5b 型襯砌隧道要大于蒙華鐵路Va 型襯砌隧道。主要原因?yàn)椋合嗤瑮l件下玉楚高速公路隧道的橫斷面面積更大，而其襯砌剛度相比于蒙華鐵路更弱。

綜上所述，由于玉楚高速公路隧道的橫斷面面積更大，而其支護(hù)剛度相比于蒙華鐵路更弱，故在Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)圍巖下，施工完畢后，其拱頂下沉和水平收斂值較蒙華鐵路更大，與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律一致。

4 結(jié)論

1） 相同圍巖級(jí)別下玉楚高速公路隧道變形值均大于蒙華鐵路，除部分地段圍巖巖性差異外，可能與斷面形狀、支護(hù)參數(shù)等有關(guān)。

2） 設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)比分析可知，玉楚高速公路初期支護(hù)噴混凝土厚度、錨桿長(zhǎng)度、拱架型號(hào)均小于蒙華鐵路，而在二次襯砌厚度和預(yù)留變形量上大于蒙華鐵路，體現(xiàn)了公路隧道弱初支，強(qiáng)二襯，預(yù)留變形量大的特點(diǎn)。

3） 由于玉楚高速公路隧道的橫斷面面積更大，而其支護(hù)剛度相比于蒙華鐵路更弱，故計(jì)算變形值較蒙華鐵路更大，與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律一致。