不同埋深及偏压角度条件下隧道力学特性*

罗 晶，彭立敏，施成华，黄生文，高 林，雷明锋

(1.中南大学土木工程学院，湖南 长沙 410075;2.启东市政府投资项目工程建设中心，江苏 启东 226200)

随着山区公路的大量修建，隧道洞口段经常出现浅埋偏压软弱围岩，结构受力复杂，施工中稍有不慎将出现塌方等严重事故。因此，开展浅埋偏压隧道力学特性研究，确保类似隧道施工安全意义重大。尽管国内外众多学者已对浅埋偏压隧道进行了大量的研究，但对其规律进行系统研究较少［1－6］。本文以山西大虎峪1号隧道为背景，运用有限元程序MIDAS对其浅埋偏压段进行数值分析，总结出不同埋深及偏压角度条件下，隧道洞室稳定性及衬砌结构受力变化规律。

1 工程概况

大虎峪1号隧道位于山西省绛县冷口乡大虎峪村。隧道闻喜端临涑水河，接寨子2号特大桥，垣曲端临殷家沟，接大虎峪2号隧道。隧道所处地貌属于构造剥蚀作用形成的中低山地貌，隧道沿线地形起伏较大，山高坡陡，地面高程为740.0～826.0 m。隧道进口端位于涑水河左岸山坡上，洞门处山坡倾角为35°～40°，隧道轴线与等高线右交角为90°～130°;隧道出洞口洞门处山坡倾角为35°～40°，隧道轴线与等高线右交角为60°～107°，隧道右侧有较大偏压。隧道地层由上而下为第四系全新统的碎石土、上更新统黄土状亚粘土和太古界涑水群的混合花岗片麻岩等，综合评定Ⅴ级围岩。

2 有限元模型

采用MIDAS有限元程序进行数值分析，隧道的开挖洞径B=11.4 m，洞高H=12 m，围岩级别为V级，其物理力学参数具体取值见表1。水平X方向上从隧道外侧选取洞径的3～4倍作为计算范围，竖直Y方向上围岩上边界取至地表，向下取洞径的3～4倍，模型的左右边界水平位移约束，顶部为自由面，底部施加竖向位移约束［7］。……