解析位移反分析法在隧道工程中的运用

冯小晗

1 工程概况

某铁路越岭隧道在施工过程中,围岩呈现出软岩的性质,在许多地段发生了大变形现象,给正常施工带来了很大的影响:由于围岩成孔性差,不便操作,以至于对是否属于高地应力,是否存在较大的水平构造应力的判断带来了直接影响;洞室开挖后变形长期不收敛,塑性区的测设由于弹—塑性区不存在明显的分界面,现场测量有很大的难度;现行的数值模拟技术大多基于小变形假设,施工过程的模拟值与实际结果出入较大。影响岩体二次应力状态因素很多,如岩体的初始应力状态,岩体的构造,洞室的形状尺寸,洞室的埋深和开挖施工技术等。解析法推导基于下述假定:岩体为均质的、各项同性的连续介质;考虑自重应力和构造应力形成的初始应力场;洞室形状为圆形;洞室位于一定的深度,简化为无限体中的孔洞问题。在传统的岩石工程理念中,洞室埋深较浅,自重应力P0一般为大主应力,水平应力的计算为λ P0(λ＜1),一些理论解析方法都是建立在这个基础上的。进入21世纪以后,随着经济、科技、理念的进步,岩石工程的埋深已经突破地下3 000 m,其大、小主应力的值、方向与以往的理论计算有一定的差别。在下面的推导中,水平力为大主应力,自重引起的应力一般为小主应力或中间主应力。

2 圆巷围岩的弹性应力和变形状态

2.1 圆巷围岩的弹性应力解

假设圆巷的水平荷载对称于竖轴,竖向荷载对称于横轴;竖向力为 P0,横向力为λ P0(λ＞1)。……