深埋黄土隧道拱腰部锚杆支护的必要性研究

胡昆昆 赵亚伟 赵越超 刘振华

摘要：为了检验拱腰部位锚杆支护结构的对黄土隧道沉降的作用，本文以兰秦快速公路付家窑隧道为工程依托，利用MIDAS/GTS有限元分析软件分两种工况对该问题进行探究，得出如下结论，对于浅埋隧道，在拱腰部设置锚杆支护，能够降低隧道拱顶沉降，但效果不明显，考虑到工程造价等问题，对于深埋黄土隧道不建议在拱腰处加锚杆。

关键词：深埋黄土隧道；锚杆支护；拱腰；隧道沉降

一.依托工程背景

付家窑隧道是甘肃省内第一座大断面黄土隧道，隧道开挖宽度为17m，开挖高度为11m，最大埋深114米，最小埋深为14m，隧道全长范围内为V级围岩，隧道区域地层为第四系全新统冲洪积黄土状砂质粉土，上更新统风积黄土及上更新统冲积黄土状夹细砂层

二.模型建立及分析

利用MIDAS/GTS有限元软件，以依托工程为背景，对隧底拱腰未设置与设置锚杆支护处理的隧道施工过程分别进行二维数值模拟，建立如图1所示有限元分析模型，模型选取付家窑隧道洞身深埋段，根据圣维南原理，隧道开挖之后，在距隧道洞室中心点3～5倍洞径范围内存在围岩应力应变。3倍隧道开挖宽度处的应力变化一般在10%以下，5倍隧道开挖宽度处的应力变化一般在3%以下[40]。所以，对隧道的施工过程进行二维数值模拟时，计算边界的取值宜在隧洞3～5倍的开挖宽度范围内。付家窑隧道深埋段采用CD法开挖，开挖宽度约为17m，因此将二维模型地层宽度设为左右边界距隧道中心各60m，下边界距隧道开挖断面底部60m，上边界取至自由表面，由于模拟深埋断面（YK0+785），结合隧道实际情况，上边界取值约为距隧道拱顶68.5m，其中，表层约20m为自重湿陷性黄土。……