不同开挖进尺下隧道喷锚支护结构受力分析

谷莉薇

（山西省交通开发投资集团有限公司，山西 太原 030006）

引言

支护结构是保证隧道开挖过程安全的最重要前提，针对支护结构的受力分析，国内已有不少学者应用各种手段，包括现场实测、数值模拟等方式展开了大量研究工作[1-3]。喷锚支护也是现有公路隧道最常见的支护方式之一[4-5]。

1 工程概况

隧址区地质构造复杂，隧道围岩等级低，上层土为风化土，中层主要为风化岩，下层围岩岩性主要为千枚岩，薄层片状构造并带有丝绢光泽，片理产状320～350∠40～50，岩体碎裂，节理裂隙发育，节理多为张节理，抗风化能力差、自稳能力差，岩体易沿片理倾向坍落，施工风险极高，围岩等级为V级。

2 模型建立及参数

2.1 隧道模型建立

假定围岩性质为连续、均质及各向同性，初始地应力场为自重应力，即σz=γH，采用摩尔-库伦屈服准则[6]。初期支护中喷射混凝土采用2D板单元模拟；锚杆采用1D植入式桁架单元模拟；岩体采用3D实体单元模拟。

本次计算区域横向120 m、竖向80 m、纵向30 m，模型方向规定：隧道开挖方向为Y轴正向，竖直向下为Z轴正向，隧道掘进横断面向左方向为X轴正向，数值模型见图1。模型边界X、Y方向位移面施加约束；底部边界Z方向位移面施加约束；模型高度范围有三层土体，第一层土为风化土，厚度为7.5 m； 第二层土为风化岩，厚度为17.5 m；第三层土为软岩，厚度为55 m。采用喷锚支护的方式，锚杆采用2×1.8 m的间距布置。隧道断面尺寸、模型实体单元及结构单元示意见图1～图2。分别取1.0 m、1.5 m、 2.0 m、3.0 m四种开挖进尺。

图1 隧道断面尺寸/mm