高应力硬岩隧道开挖施工技术及其数值分析

郭勇生 范少辉 方 刚 灰潘强

(1.中铁北京工程局集团第一工程有限公司，陕西 渭南 714000； 2.同济大学道路与交通工程教育部重点实验室，上海 201804)

1 概述

随着铁路建设规模的不断扩大，隧道的深度逐渐加深，难免会穿过高地应力区域。此时，岩体在高地应力的作用下容易发生大变形，甚至发生岩爆灾害。岩爆的发生，会给隧道工程造成经济的损失，甚至造成难以弥补的后果。黄润秋[1]采用了断裂力学和损伤力学的理论，从岩体中岩石之间的排列、连接和微裂隙的产生及发展这几个方面研究了岩体的结构特征对岩爆程度的影响。王挥云[2]提出了损伤效应函数，并采用数值模型分析了圆形隧道的岩爆，获得了岩爆的临界影响范围和临界压力。刘小明[3]通过损伤力学分析，给出了脆性岩石岩爆损伤能量指数的概念，提出了岩爆发生的判别条件。另外，较多国内学者[4,5]采用数值模型，研究了高地应力硬岩隧道的施工技术与方法，为隧道安全通过高地应力区域提供了参考。本文基于蒙华铁路桐木高应力硬岩隧道的自然环境和地质条件，提出采用全断面法施工，辅助采用长大管棚超前支护；并采用弹塑性有限单元法对施工全过程进行了模拟分析，为施工设计提供依据。

2 工程概况

桐木隧道位于江西省宜丰县境内，隧道进出口里程分别为DK1702+770，DK1708+142，全长5 372 m，为单洞单线隧道，隧道最大埋深282 m。隧道穿越地层主要为花岗闪长岩、元古界双娇山群千枚岩，地表分布有第四系覆盖层。……