昔格达组地层大断面隧道变形特征分析

王志杰， 许瑞宁,2,*， 何能方

(1. 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室， 四川 成都 610031； 2. 河北省交通规划设计院，河北 石家庄 050011； 3. 中交隧道工程局有限公司第四工程公司， 四川 成都 610041)

昔格达组地层大断面隧道变形特征分析

王志杰1， 许瑞宁1,2,*， 何能方3

(1. 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室， 四川 成都 610031； 2. 河北省交通规划设计院，河北 石家庄 050011； 3. 中交隧道工程局有限公司第四工程公司， 四川 成都 610041)

为掌握昔格达组地层大断面隧道变形特征，确保大断面隧道施工期间围岩的稳定性，以改建铁路成都至昆明线米易至攀枝花段桐梓林隧道为依托，采用数值模拟与现场多断面监测相结合的方法，研究在三台阶临时仰拱法施工中昔格达组地层大断面隧道变形的时空效应。研究结果表明： 昔格达组地层大断面隧道洞周围岩变形以竖向沉降为主；拱顶先行沉降与上台阶开挖引起的拱顶沉降之和占总沉降的41.3%，超前影响范围为1.3D；隧道开挖期间拱顶沉降和拱脚水平收敛主要受中台阶开挖的影响；隧道拱顶沉降随时间变化的预测公式为U=102.105·exp(-5.33/X)；隧道拱脚水平收敛随时间变化的预测公式为L1=19.552·exp(-7.49/X)；隧道墙腰水平收敛随时间变化的预测公式为L2=17.862·exp(-23.26/X)。

昔格达组地层； 大断面隧道； 变形特征； 数值模拟； 现场测试

0 引言

昔格达组地层是一种我国特有的工程性质较差的河湖相沉积半成岩，以攀西地区盐边县红格乡昔格达村命名，呈不连续的南北向片状、条带状分布，面积约4万km2[1]。该地层水稳性较差，遇水后易泥化、崩解，强度大幅度降低。在该地层中开挖隧道，易产生围岩大变形，初期支护结构开裂、掉块、坍塌冒顶等事故，严重影响着隧道工程的安全[2]。

随着我国西南地区交通网的进一步完善，昔格达组地层工程建设越来越受到关注和重视。文献[3]和林振湖[4]分别结合成昆铁路和攀枝花滑坡，研究了昔格达组地层的工程特性；彭盛恩[5]研究了昔格达土是否适合作为筑坝土料，得出单一昔格达组细粒黏土干容重小、强度低的结论，若将33%～50%昔格达组黏土砾土与50%～67%细砂砾土混合，可获得较低压缩性和较高的抗剪强度，且抗渗透变形特性也将得到很好地改善，可以作为筑坝土料；黄俊[6]从昔格达组微观和宏观角度，研究了昔格达组地层易滑性，提出昔格达组地层层面间的3种接触类型；李小泉[7]在粟子坪水电站厂基础研究中，认为昔格达土在不受扰动和含水量不发生太大变化的前提下，可以作为厂房基础持力层；周云金等[8]在红格提水工程二级泵站外侧坡体发生变形拉裂成因分析中，认为昔格达组地层是产生变形的内因，水的作用是造成坡体变形的重要诱导因素；吴兴序等[9]通过对昔格达组地层中灌注桩进行单轴竖向承载力试验，认为昔格达组地层具有较高的承载力，可以作为一般建筑物桩基的持力层。上述研究主要集中于昔格达组地层路基、边坡以及基础工程，而关于该地层大断面交通隧道工程的研究很少。

本文以改建铁路成都至昆明线米易至攀枝花段桐梓林隧道为工程依托，通过数值模拟与现场实测相结合的方法，讨论昔格达组地层大断面隧道采用三台阶临时仰拱法施工过程中围岩的变形特征，进而为类似工程建设提供参考。

1 工程概况

桐梓林隧道位于我国攀西龙肘山脉中段，地形起伏较大，相对高差为100～650 m，隧道全长6 092 m，设计时速160 km/h，最大埋深616 m，穿越昔格达组地层段长1 036 m。选取隧道进口DK566+400～DK572+460段作为隧道变形研究范围，该段平均埋深约45.5 m，开挖面积133 m2，采用三台阶临时仰拱法施工。围岩以昔格达组灰色页岩夹砂岩为主，掌子面围岩揭露情况如图1所示。昔格达组地层遇水后易泥化，如图2所示。支护结构按照新奥法原理设计，采用Vc型复合式衬砌结构，支护参数如表1所示。进口段初期支护结构压溃如图3所示。

2 隧道施工数值模拟

2.1 模型建立

根据圣维南原理和隧道力学中开挖影响范围，以边界效应对隧道的影响可以忽略为前提[10]，运用有限元软件ANSYS建立三维模型，共计298 560个六面体实体单元，304 773个节点。模型边界为： 左右两侧(X向)边界取3.8倍的隧道跨度；下边界(Z向)取3.9倍的隧道跨度；上边界取至地表；前后(Y向)边界取4.4倍的隧道跨度。计算模型如图4所示。

(a) 掌子面围岩揭露

(b) 掌子面围岩取样

图2 昔格达组地层遇水泥化

支护类型设置部位设计参数初期支护二次衬砌系统锚杆喷射混凝土钢筋网钢架混凝土钢筋拱部 长3．5m，直径25mm，中空锚杆，间距1．2m×1．0m(环×纵)边墙 长3．5m，直径22mm，砂浆锚杆，间距1．2m×1．0m(环×纵)拱墙强度C25，厚度27cm仰拱强度C25，厚度25cm拱墙 直径8mm，间距20cm×20cm(横×纵)全环I20b工字钢，间距0．6m全环强度C35，厚度50cm全环HRB400，直径22mm，间距20cm

图3 初期支护结构压溃

图4 计算模型示意图(单位： m)

2.2 计算参数

在依托工程地质勘察资料的基础上，综合考虑昔格达组部分土体的室内物理力学试验结果、前人关于昔格达组地层岩土特性研究的结果[6,11-17]以及其他相关文献资料[18-20]，确定计算模型所取岩土深度范围内岩土层计算参数如表2所示，支护结构计算参数如表3所示。

表2 岩土层计算参数

表3 支护结构计算参数

3 模拟结果分析

3.1 隧道拱顶围岩沉降规律

选取模型中间断面(Y=30 m)作为隧道拱顶沉降监测断面，监测断面的竖向位移云图如图5所示，拱顶沉降时程曲线如图6所示。

图5 隧道洞周围岩竖向位移云图(单位： m)

Fig. 5 Nephogram of vertical displacements of surrounding rocks (m)

A—上台阶开挖； B—中台阶右侧开挖； C—中台阶左侧开挖； D—下台阶右侧开挖； E—下台阶左侧开挖； F—仰拱开挖； G—二次衬砌施作。

图6 隧道拱顶沉降时程曲线

Fig. 6 Time-dependent curve of tunnel crown top settlement

由图5可知： 隧道采用三台阶临时仰拱法开挖后，隧道洞周竖向变形关于隧道几何中心线对称分布，且自开挖轮廓线向外逐渐递减，最大沉降发生在隧道拱顶处，为136.92 mm；隧道仰拱处因开挖卸载的缘故，其底部有较为明显的隆起，约为52.68 mm。

由图6可知： 掌子面前方拱顶处围岩的先行沉降量为48 mm，占总沉降量的35.0%，超前影响范围为1.3D(D为隧道最大开挖宽度)；上台阶开挖引起的拱顶沉降量为36 mm，占总沉降量的26.3%；中台阶开挖引起的拱顶沉降量为21 mm，占总沉降量的15.3%；下台阶开挖引起的拱顶沉降量为13 mm，占总沉降量的9.5%；自仰拱施作至二次衬砌施作完毕产生的拱顶沉降为6 mm，占总沉降量的4.4%；自二次衬砌施作完毕至隧道拱顶沉降基本稳定产生的拱顶沉降为13 mm，占总沉降量的9.5%，且拱顶沉降在掌子面后方3.4D处开始趋于稳定。其中，拱顶先行沉降与上台阶开挖引起的拱顶沉降之和占总沉降量的41.3%，说明昔格达组地层大断面隧道采用三台阶临时仰拱法开挖时，超前加固和上台阶开挖是关键工序，在现场施工中应加强重视。

3.2 隧道洞内水平收敛规律

监测断面的水平位移云图如图7所示，拱脚和墙腰处水平收敛时程曲线如图8所示。

图7 隧道洞周围岩水平位移云图(单位： m)

Fig. 7 Nephogram of horizontal displacements of surrounding rocks (m)

A—上台阶开挖； B—中台阶右侧开挖； C—中台阶左侧开挖； D—下台阶右侧开挖； E—下台阶左侧开挖； F—仰拱开挖； G—二次衬砌施作。

图8 隧道水平收敛时程曲线

Fig. 8 Time-dependent curves of horizontal convergence

由图7可知： 隧道施工完毕后，洞周水平收敛呈“猫耳朵”形状；由于隧道采用三台阶临时仰拱法开挖时，中台阶和下台阶又分为左右2部分开挖，且右侧部分先开挖，错距约为3.6 m，进而使左侧受到的前期开挖扰动时间和程度较大，而右侧相比左侧支护的时间要稍早，从而产生了隧道左侧位移较右侧位移普遍偏大的现象；最大收敛值为54.3 mm。

由图8可知： 隧道开挖过程中拱腰处先行收敛值约为20 mm，占拱腰总收敛量的68.0%；上台阶开挖引起的拱腰水平收敛值为7.4 mm，占拱腰总收敛量的25.2%；中、下台阶开挖引起的拱腰水平收敛值为1.6 mm，占拱腰总收敛量的5.4%；自仰拱施作至二次衬砌施作完毕拱腰处产生的水平收敛值为0.4 mm，占拱腰总收敛量的1.4%。墙腰处先行收敛值约为23.2 mm，占墙腰总收敛量的42.7%；中台阶开挖引起的墙腰水平收敛值为14.8 mm，占墙腰总收敛量的27.3%；下台阶开挖引起的墙腰水平收敛值为12.6 mm，占墙腰总收敛量的23.2%；自仰拱施作至二次衬砌施作完毕墙腰处产生的水平收敛值为3.7 mm，占墙腰总收敛量的6.8%。

其中，监测断面各水平收敛监测点处先行水平收敛值约占总水平收敛量的42.7%～56.5%，超前影响范围为1.7D(D为隧道最大开挖宽度)，说明昔格达组地层隧道采用三台阶临时仰拱法开挖时，保障掌子面前方围岩的稳定性对于控制隧道水平收敛变形是非常重要的。

4 隧道变形现场测试

4.1 测试内容

在桐梓林隧道昔格达组地层试验段内开展隧道洞内现场监测，测试项目包括拱顶沉降和洞内水平收敛，监测项目及仪器如表4所示。拱顶沉降和水平收敛分别布设6个变形监测断面，每个断面设置7个监测点，分别位于拱顶、拱脚、墙腰及墙脚处，测点布置如图9所示。

表4 试验段监测项目

图9 洞内位移测点布置

4.2 测试结果及分析

鉴于依托工程试验段现场仰拱紧跟施作，墙脚处水平收敛量测时间较短且数值很小，因此本文仅选取拱脚和墙腰处测点进行分析，实测结果如图10—12所示。

通过数理统计与回归分析，得到了隧道拱顶沉降和水平收敛变形预测公式以及不同工序引起的拱顶沉降量，如表5—10和图13—15所示。

图10 拱顶沉降时程曲线

图11 拱脚水平收敛时程曲线

Fig. 11 Time-dependent curves of horizontal convergence of arch feet

图12 墙腰水平收敛时程曲线

Fig. 12 Time-dependent curves of horizontal convergence of wall waist

由表5—6及图13可知：

1)上台阶开挖引起的拱顶沉降约占总沉降量的7.33%～19.75%；中台阶开挖引起的拱顶沉降约占总沉降量的45.54%～64.45%；下台阶开挖引起的拱顶沉降约占总沉降量的20.43%～35.11%；自仰拱施作至对应断面观测结束引起的沉降约占总沉降量的2.95%～16.06%。因此，隧道拱顶沉降主要受中台阶和下台阶开挖的影响，两者开挖过程中产生的沉降约占总沉降量的69.35%～86.95%。

表5 拱顶沉降回归分析结果

表6 试验段不同工序下拱顶沉降量

Table 6 Settlements of crown top of test section under different construction procedures

mm

2)观测期间试验段最大沉降量为116.5 mm，相对于隧道高度下沉0.98%。

3)采用指数函数对试验段隧道拱顶沉降监测数据进行回归分析，得到试验段各监测断面拱顶沉降与开挖时间的函数关系，且拟合决定系数位于0.883～0.996 5。同时，对大量拱顶沉降监测数据进行数值拟合，得到昔格达组地层深埋条件下隧道拱顶量测沉降量与开挖时间之间的函数关系U=102.105·exp(-5.33/X)。

4)通过隧道拱顶沉降与开挖时间的函数关系，预测试验段各监测断面拱顶处最终沉降量为86.056～119.462 mm(回归值102.105 mm)，相对于隧道高度，最大下沉1.01%。同时，观测沉降最终值约为对应预测值的85.44%～97.52%。

表7 拱脚处水平收敛回归分析结果

表8 墙腰处水平收敛回归分析结果

表9 试验段不同工序下拱脚处水平收敛值

Table 9 Horizontal convergences of arch feet of test section under different construction procedures

mm

表10 试验段不同工序下墙腰处水平收敛值

Table 10 Horizontal convergences of wall waist of test section under different construction procedures

mm

图13 试验段不同工序拱顶沉降所占比例

Fig. 13 Proportions of crown top settlements of test section under different construction procedures

图14 试验段不同工序拱脚水平收敛所占比例

Fig. 14 Proportions of horizontal convergence of arch feet of test section under different construction procedures

图15 试验段不同工序墙腰水平收敛所占比例

Fig. 15 Proportions of horizontal convergence of wall waist of test section under different construction procedures

由表7—10及图14—15可知：

1)隧道拱脚处水平收敛随着开挖工序的进行，中台阶开挖引起的水平收敛约占总收敛量的42.36%～89.74%；下台阶开挖引起的水平收敛约占总收敛量的4.40%～47.45%；自仰拱施作至对应断面观测结束引起的水平收敛约占总收敛量的5.87%～20.97%。因此，隧道拱脚处水平收敛主要受中台阶开挖的影响。

2)隧道墙腰处水平收敛随着开挖工序的进行，中台阶开挖引起的水平收敛约占总收敛量的4.42%～57.22%；下台阶开挖引起的水平收敛约占总收敛量的34.22%～53.17%；自仰拱施作至对应断面观测结束引起的水平收敛约占总收敛量的6.34%～41.20%。因此，隧道墙腰处水平收敛主要受中台阶和下台阶开挖的影响，两者开挖过程中产生的水平收敛约占总水平收敛量的62.15%～93.66%。

3)隧道水平收敛随着时间的推移逐渐趋于稳定，观测期间试验段拱脚处最大水平收敛为18.63 mm，相对净空变化0.16%；墙腰处最大水平收敛为14.03 mm，相对净空变化0.10%。

4)采用指数函数对试验段隧道拱脚和墙腰处水平收敛监测数据进行回归分析，同时考虑到断面DK566+435处拱脚和断面DK566+454处墙腰水平收敛与开挖时间的函数关系决定系数均小于0.8。因此，舍去上述2个断面对应的监测数据后，对试验段拱脚和墙腰处水平收敛监测数据进行数值拟合，得到昔格达组地层深埋条件下隧道拱脚处水平收敛与开挖时间之间的函数关系L1=19.552·exp(-7.49/X)；墙腰处水平收敛与开挖时间之间的函数关系L2=17.862·exp(-23.26/X)。

5)通过隧道拱脚和墙腰处水平收敛与开挖时间的函数关系，预测试验段各监测断面拱脚处最终水平收敛为17.088～23.772 mm(回归值19.552 mm)，最大相对净空变化0.21%，对应观测水平收敛最终值约为预测值的85.44%～97.52%；墙腰处水平收敛为6.061～34.571 mm(回归值17.862 mm)，最大相对净空变化0.25%，对应观测水平收敛最终值约为预测值的45.08%～93.71%。

5 数值模拟与预测公式对比分析

鉴于隧道试验段实测变形曲线有6条，且存在一定离散性的情况，因此采用将现场实测数据回归所得的预测公式与数值模拟结果进行对比，来表征昔格达组地层大断面隧道变形趋势，以降低数据的离散性，如图16—18所示。

A—上台阶开挖； B—中台阶右侧开挖； C—中台阶左侧开挖； D—下台阶右侧开挖； E—下台阶左侧开挖； F—仰拱开挖； G—二次衬砌施作。

图16 拱顶沉降数值模拟结果与预测公式结果

Fig. 16 Comparison between numerical simulated crown top settlement and predicted results

A—上台阶开挖； B—中台阶右侧开挖； C—中台阶左侧开挖； D—下台阶右侧开挖； E—下台阶左侧开挖； F—仰拱开挖； G—二次衬砌施作。

图17 拱脚水平收敛数值模拟结果与预测公式结果

Fig. 17 Comparison between numerical simulated horizontal convergence of arch feet and predicted results

由图16—18可以看出：

1)隧道开挖后拱顶沉降数值模拟结果与预测公式结果吻合度较高，最大偏差为15 mm，说明数值模拟具有较高的可靠度，得到的相关趋势与结论对实际工程具有较高的参考价值。

2)隧道开挖后拱脚水平收敛数值模拟结果与预测公式结果吻合度较高，最大偏差为7.7 mm。由于隧道现场在下台阶初期支护完毕后，会用部分开挖土体回填一定高度的下台阶，持续2～3 d，而数值模拟中未考虑该影响；因此，墙腰水平收敛数值模拟结果与预测公式结果相差较大，最大偏差为16.9 mm。

B—中台阶右侧开挖； C—中台阶左侧开挖； D—下台阶右侧开挖； E—下台阶左侧开挖； F—仰拱开挖； G—二次衬砌施作。

图18 墙腰水平收敛数值模拟结果与预测公式结果

Fig. 18 Comparison between numerical simulated horizontal convergence of wall waist and predicted results

6 结论与讨论

本文结合改建铁路成都至昆明线米易至攀枝花段桐梓林隧道工程，通过数值模拟以及多断面现场监测相结合的方法，对昔格达组地层隧道围岩变形特征进行了较为深入的研究，并得到以下结论。

1)昔格达组地层大断面隧道洞周围岩变形以竖向沉降为主，观测期间隧道拱顶最大沉降量为116.5 mm，主要受中台阶开挖的影响；数值模拟结果中拱顶最大沉降量为136.92 mm，超前影响范围为1.3D，拱顶先行沉降与上台阶开挖引起的拱顶沉降之和占总沉降量的41.3%；通过对现场多断面监测数据回归分析，提出隧道开挖后拱顶沉降预测公式为U=102.105·exp(-5.33/X)。

2)拱脚处最大水平收敛值为18.63 mm，主要受中台阶开挖的影响；隧道墙腰处最大水平收敛值为14.03 mm，主要受中台阶和下台阶开挖的影响。数值模拟结果中隧道洞周水平位移分布呈“猫耳朵”形状，最大水平收敛为63.29 mm，超前影响范围为1.7D，先行水平收敛值约占总水平收敛量的58.9%～85.7%。通过对现场多断面监测数据回归分析，提出隧道开挖后拱脚水平收敛预测公式为L1=19.552·exp(-7.49/X)，墙腰水平收敛预测公式为L2=17.862·exp(-23.26/X)。

本文仅选取了埋深为45 m处的典型断面进行研究，埋深较单一，因此需要进一步收集多组不同埋深类型下的隧道变形数据，并进行对比分析，从而对昔格达组地层大断面隧道围岩变形特征做进一步探讨。

[1] 刘惠军，聂德新. 昔格达地层研究综述[J]. 地球科学进展，2004(增刊1): 80-82. (LIU Huijun, NIE Dexin. The overview of the Xigeda strata’s study[J]. Advance in Earth Sciences，2004(S1): 80-82.(in Chinese))

[2] 许瑞宁. 昔格达组地层大断面隧道变形规律及结构受力特征研究[D]. 成都: 西南交通大学, 2016. (XU Ruining. Study of deformation rules and supporting structure stress of large cross-section tunnels in Xigeda strata[D]. Chengdu: Southwest Jiaotong University, 2016. (in Chinese))

[3] 成昆铁路技术总结委员会. 成昆铁路(1)： 综合总结[M].北京: 人民铁道出版社, 1980. (Chengdu-Kunming Railway Board of Technical Summary. Chengdu-Kunming railway(I)： Comprehensive summarization[M]. Beijing: China Railway Publishing House, 1980.(in Chinese))

[4] 林振湖. 渡口滑坡工程实践与研究[J]. 四川建筑科学研究，1986(2): 29-34. (LIN Zhenhu. Practice and research on the landslide in Dukou[J]. Building Science Research of Sichuan，1986(2): 29-34. (in Chinese))

[5] 彭盛恩. 昔格达土作为筑坝土料特性的研究[J]. 水文地质工程地质，1989(6): 22-24. (PENG Sheng’en. Properties of Xigeda strata as the filling material of earth-rock dam[J]. Hydrogeology and Engineering Geology，1989(6): 22-24. (in Chinese))

[6] 黄俊. 昔格达组地层易滑性研究[D]. 成都： 成都地质学院, 1990. (HUANG Jun. Study of easy-slide properties of Xigeda stratum[D]. Chengdu: Chengdu College of Geology, 1990. (in Chinese))

[7] 李小泉. 粟子坪水电站厂基昔格达土的工程特性[J]. 广西水利水电，1996(1): 18-22. (LI Xiaoquan. Engineering characteristics of foundation soil of the Liziping Hydropower Plant[J]. Guangxi Water Resources & Hydropower Engineering，1996(1): 18-22. (in Chinese))

[8] 周云金， 曾联明. 红格提水工程二级泵站昔格达地层特性及坡体变形成因分析[J]. 水电站设计， 2000, 16(2): 61-65. (ZHOU Yunjin, ZENG Lianming. Xigeda stratum feature and slope deformation cause analysis at second stage pumping station of Hongge lift works[J]. Design of Hydroelectric Power Station， 2000, 16(2): 61-65. (in Chinese))

[9] 吴兴序， 庄卫林， 吉随旺， 等. 昔格达软岩中灌注桩单桩竖向承载力试验研究[J]. 西南交通大学学报， 2006，41(6): 669-674. (WU Xingxu, ZHUANG Weilin, JI Suiwang, et al. Field experimental research on bearing capacity of cast-in-situ piles in Xigeda-rock[J]. Journal of Southwest Jiaotong University，2006,41(6): 669-674. (in Chinese))

[10] 王志杰， 许瑞宁， 袁晔， 等. 高地应力条件下隧道施工方法研究[J]. 铁道建筑，2015(9): 50-52. (WANG Zhijie, XU Ruining, YUAN Ye, et al. Study of tunnel construction methods under high ground stress[J]. Railway Engineering，2015(9): 50-52. (in Chinese))

[11] 吉随旺. 昔格达地层公路修建技术[J]. 中国科技成果, 2008(3)： 62. (JI Suiwang. Highway construction technology in Xigeda strata[J]. China Science and Technology Achievement, 2008(3): 62. (in Chinese))

[12] 文丽娜， 朱学雷， 白志勇， 等. 西攀高速公路新九地区昔格达地层岩土特性[J]. 公路，2005(7): 145-148. (WEN Lina, ZHU Xuelei, BAI Zhiyong, et al. Characteristics of rock and soil of Xigeda strata in Xinjiu District of Xi-Pan Expressway[J]. Highway，2005(7): 145-148. (in Chinese))

[13] 向贵府， 任光明， 聂德新， 等. 含水量对昔格达土填料工程地质性质的影响研究[J]. 工程地质学报， 2004，12(2): 136-140. (XIANG Guifu, REN Guangming, NIE Dexin, et al. Influence of moisture content on the engineering geological properties of Xigeda soil[J]. Journal of Engineering Geology，2004，12(2): 136-140. (in Chinese))

[14] 钟成， 范德平. 川南昔格达岩组工程地质特性研究[J]. 四川水力发电，2012，31(1): 97-99. (ZHONG Cheng, FAN Deping. Study of the engineering geological characteristics of Xigeda rock group[J]. Sichuan Water Power，2012，31(1): 97-99. (in Chinese))

[15] 张威， 徐则民， 刘文连， 等. 含水率对西昌昔格达组粘土岩抗剪强度的影响研究[J]. 工程勘察， 2011，39(5): 1-5. (ZHANG Wei, XU Zemin, LIU Wenlian, et al. Study of the influence of water content to shear strength of Xigeda-strata clay rock in Xichang[J]. Journal of Geotechnical Investigation & Surveying， 2011，39(5): 1-5. (in Chinese))

[16] 张威. 昔格达粘土岩水理及力学特性研究[D]. 昆明: 昆明理工大学, 2011. (ZHANG Wei. The research of water physical and mechanical properties of Xigeda clay rocks[D]. Kunming: Kunming University of Science and Technology, 2011. (in Chinese))

[17] 张文举. 攀西地区昔格达土工程力学特性试验研究[D]. 成都: 四川大学, 2003. (ZHANG Wenju. Experimental study of engineering mechanical properties of Xigeda soil in West Panzhihua area[D]. Chengdu: Sichuan University, 2003. (in Chinese))

[18] 铁路隧道设计规范： TB 10003—2005[S]. 北京: 中国铁道出版社, 2005. (Code for design on tunnel of railway： TB 10003—2005[S]. Beijing: China Railway Publishing House, 2005. (in Chinese))

[19] 常士骠. 工程地质手册[M].4版.北京: 中国建筑工业出版社, 2007.(CHANG Shibiao. Project geology handbook[M].The 4th Edition.Beijing: China Building Industry Press, 2007. (in Chinese))

[20] 铁道部第一勘测设计院. 铁路工程地质手册[M]. 北京: 中国铁道出版社, 1999. (China Railway First Survey & Design Institute Group Co., Ltd. Handbook for railway engineering geology[M]. Beijing: China Railway Publishing House, 1999. (in Chinese))

Study of Deformation Characteristics of Large Cross-section Tunnel in Xigeda Fm Strata

WANG Zhijie1, XU Ruining1, 2, *, HE Nengfang3

(1. Key Laboratory of Transportation Tunnel Engineering, Ministry of Education, Southwest Jiaotong University,Chengdu610031,Sichuan,China; 2.HebeiProvincialCommunicationsPlanningandDesignInstitute,Shijiazhuang050011,Hebei,China; 3.CCCCTunnelFourthEngineeringCompanyLimited,Chengdu610041,Sichuan,China)

The deformation characteristics of large cross-section Tongzilin Tunnel on Miyi-Panzhihua Section on Chengdu-Kunming Railway located in Xigeda Fm strata and constructed by three bench+temporary invert arch method are studied by numerical simulation and site monitoring, so as to guarantee the stability of surrounding rocks during construction. The study results show that: 1) The deformations of surrounding rocks of large cross-section tunnel in Xigeda Fm strata are mainly along vertical direction. 2) The primary crown top settlement and crown top settlement induced by top heading excavation takes 41.3% in total settlement; and the advanced influencing range is 1.3D. 3) The crown top settlement and arch feet convergence are mainly affected by middle bench excavation. 4) The prediction formula for crown top settlement vs. time isU=102.105·exp(-5.33/X). 5) The prediction formula for horizontal convergence of arch feet vs. time isL1=19.552·exp(-7.49/X). 6) The prediction formula for horizontal convergence of tunnel wall waist vs. time isL2=17.862·exp(-23.26/X).

Xigeda Fm strata; large cross-section tunnel; deformation characteristic; numerical simulation; field experiment

2016-04-18;

2016-08-22

国家自然科学基金资助项目(51678498)； 中央高校基本科研业务费专项资金资助(SWJTU11ZT33)； 教育部创新团队发展计划(IRT0955)； 铁道部科技研究开发计划重大课题(2009.GD20-B)； 交通运输部西部科技项目(2013318J13340)

王志杰(1964—)，男，山西万荣人，1987年毕业于西南交通大学，隧道及地下铁道专业， 硕士，教授，主要从事隧道与地下工程的理论与实践、既有隧道的安全性与评估技术研究工作。E-mail： xnjdwzj@163.com。*通讯作者： 许瑞宁， E-mail： ruiningxu@yeah.net。

10.3973/j.issn.1672-741X.2016.12.002

U 455

A

1672-741X(2016)12-1412-09