宁安高速禾丰隧道围岩稳定性分析

潘龙　万韡

（1.江西交通咨询公司，江西南昌　330000；2.江西省公路工程有限责任公司，江西南昌　330006）



宁安高速禾丰隧道围岩稳定性分析

潘龙1万韡2

（1.江西交通咨询公司，江西南昌330000；2.江西省公路工程有限责任公司，江西南昌330006）

摘要：以江西宁安高速禾丰隧道为例，采用现场监控量测和数值模拟计算相结合的方法，分析评价了该隧道在施工全过程的围岩稳定性情况，结果表明，施工设计方案科学合理，且现场隧道累计变形量较小，硐室较安全稳定。

关键词：隧道，监控测量，数值模拟，围岩稳定性

1　工程概况

宁都至定南（赣粤界）高速公路北接在建的南昌至宁都高速公路，南与广东省规划建设的河（源）惠（州）（东）莞高速公路对接。宁安高速禾丰隧道标段位于江西省赣州市于都县境内，路线起点位于晓龙山隧道中间，桩号为K73 + 800，向南在晓龙山寺西侧出洞，跨沟后在铜锣窝设置禾丰隧道，穿山至禾丰镇大树下，终点桩号为K78 +365. 978，路线全长4. 57 km。

禾丰隧道是上、下行分离（洞口小净距）的四车道高速公路长隧道。隧道平纵曲线和隧道几何尺寸净空断面标准按80 km/h设计速度设计；建筑限界宽度为10. 25 m，建筑限界高度为5 m，设计荷载为：公路—Ⅰ级。隧道洞轴线走向大致为南至北走向。

2　施工方案

禾丰隧道围岩较复杂，以Ⅲ级围岩为主，配以多段Ⅳ级、Ⅴ级围岩。Ⅲ级围岩采用全断面施工法开挖，首先进行爆破，爆破采用光面爆破，使用合适机械进行钻孔，控制好开挖轮廓，可以提高炸药使用效率，加快施工进度。然后进行全断面初期支护，喷射混凝土达到设计厚度，满足后续工序要求。接下来铺设调平层或铺底施工，保证出碴车高效运作。道路两边铺设环向盲沟级防水板，等待二衬台车施作二次衬砌，进行循环作业。

Ⅳ级以及Ⅴ级围岩采用上下台阶法施工，Ⅳ级围岩段采用超前锚杆支护，锚杆采用直径22 mm砂浆锚杆，环向间距约40 cm。Ⅴ级围岩采用超前小导管支护，使用外径42 mm的热轧无缝钢管，环向间距约40 cm，外插角控制在15°左右，每排小导管纵向至少需搭接1. 0 m。先进行上开挖面工作，每循环进尺1. 0 m～1. 5 m。待每循环开挖后，喷射混凝土封闭掌子面，进行立架、喷锚、挂网及锁脚锚管施工。上台阶进尺10 m左右后，开始下台阶开挖，支护与上台阶相同。接下来进行底板开挖、仰拱二次衬砌、仰拱回填等工序，衬砌成环后，进行下一循环施工。

3　数值模拟

3.1计算模型

本模型首先采用ABAQUS有限元软件进行计算网格模型建立，然后导入到有限差分析软件FLAC3D进行计算分析，建立的3D网格模型如图1所示。模型共计58 100个单元体，包含62 322个网格节点。

计算模型四周的外边界和底边界均约束边界面法向位移。考虑构造应力场，根据我国平均水平地应力与垂直地应力的比值随深度变化关系，取侧压力系数0. 8。

3.2计算结果分析

隧道开挖支护完成后，隧道最终沉降云图如图2，图3所示，最大沉降值为9.8 mm，分布在隧道顶部；隧道净空收敛值为7 mm～9 mm。

图1　隧道计算模型

图2　隧道开挖后竖向位移云图

图3　喷射混凝土位移云图

为了对以上数值模拟结果进行验证，我们对禾丰隧道的拱顶以及边墙进行了长期的监控量测，采用精密水准仪对拱顶沉降进行监测，采用收敛尺对净空收敛监测。图4为对于禾丰隧道左洞ZK76 +505处拱顶沉降和净空收敛监测结果。

图4　拱顶沉降和净空收敛监测结果

从图4可以看出，禾丰隧道ZK76 +505断面开挖后拱顶发生沉降，在11 d之后开始趋于稳定，最终沉降量约为7. 9 mm，净空收敛在20 d左右开始趋于稳定，最终收敛值在9 mm左右。

4　结语

1）江西省宁安高速禾丰隧道，洞身围岩条件较复杂，施工方法以光面爆破全段面法为主，围岩较差地段采用超前锚杆、超前小导管预注浆加固，开挖施工采用中长台阶法。数值计算表明，隧道竖向位移较小，水平向位移偏大，隧道开挖后拱脚附近的围岩处于塑性状态，呈剪切破坏。现场监控量测表明数据前期变化较大，后期不断稳定，隧道总体变化量较小。

2）隧道总体上处于稳定状态，设计方案实际可行，但开挖后应及时进行支护处理，防止塑性区持续发展，造成硐室失稳。

参考文献：

［1］张继勋，刘秋生.地下工程围岩稳定性分析方法现状与不足［J］.水利科技与经济，2005，11（2）：71-74.

［2］许传华，任青文.地下工程围岩稳定性的模糊综合评判法［J］.岩石力学与工程学报，2004，23（11）：1852-1855.

［3］连建发，慎乃齐，张杰坤.基于可拓方法的地下工程围岩评价研究［J］.岩石力学与工程学报，2004，23（9）：1450-1453.

［4］范文，俞茂宏，孙萍，等.硐室形变围岩压力弹塑性分析的统一解［J］.长安大学学报（自然科学版），2003，23（3）：14.

［5］李斯海.厦门市仙岳山隧道围岩稳定性三维有限元计算分析［J］.岩石力学与工程学报，2000，19（2）：211-214.

［6］王海军，张社荣，练继建.大型水电站导流洞围岩稳定分析［J］.岩土工程学报，2006，28（7）：869-873.

The surrounding rock stability analysis of Hefeng tunnel in Ning-An highway area

Pan Long1Wan Wei2
（1. Jiangxi Transport Consultation Company，Nanchang 330000，China；2. Jiangxi Highway Engineering Co.，Ltd，Nanchang 330006，China）

Abstract：In this paper，we selected Hefeng tunnel of Jiangxi Ning-An highway as an example to research the tunnel construction methods in bias section of shallow cave. And we used field monitoring measurement method to analysis the surrounding rock stability. The results show that the design is practical，the actual amount of deformation of tunnel is small，and the tunnel is in security and stability.

Key words：tunnel，monitoring and measurement，numerical simulation，surrounding rock stability

中图分类号：U451. 2

文献标识码：A

文章编号：1009-6825（2016）09-0192-02

收稿日期：2016-01-17

作者简介：潘龙（1978-），男，工程师；万韡（1984-），男，工程师