大断面公路隧道开挖数值模拟与监测研究

李福献

（中铁二十局集团有限公司 陕西西安 710016）

1 引言

隧道作为交通工程的重要组成部分，众多学者对其进行了广泛的研究［1－3］。砂岩岩体的各向异性特征使其变形和稳定性问题变得十分复杂［4－5］，成为当前国内外学者研究的热点。韩昌瑞等［6］获得横观各向同性弹塑性本构模型，并对隧道进行数值模拟分析，结果与现场监测的围岩破坏特征基本吻合。钟正强等［7］建立了层状岩体隧道开挖计算模型，探讨了倾斜层状岩体中隧道开挖的稳定性。黄书岭等［8］将层状岩体复合材料硬化、软化模型嵌入到FLAC3D，通过单轴和三轴压缩试验模拟出不同围压和倾角情况下层状岩体的力学响应特征。赵大洲等［9］建立了有关岩层倾角、走向的互层岩体本构模型，研究砂、板互层岩体中隧道围岩的力学特性。

随着计算机学科快速发展，数值分析方法在隧道围岩稳定性分析中得到广泛应用。Passaris等［10］利用有限元法研究了层状岩体中隧道顶板的稳定性。Tonon等［11］运用边界元法对弹性各向异性的隧道进行断面收敛影响研究。宫成兵等［12］运用ANSYS对龙头山单向四车道隧道双侧壁导坑法进行二维与三维数值仿真模拟分析。王穗辉等采用优化的B-P网络算法，预测了上海地铁2号线隧道上方的地表沉降趋势。王彦清等［13］采用位移反演分析法对厦门翔安海底隧道变形进行有效预测。

为进一步研究台阶法及CD法施工对大断面公路隧道围岩受力及变形的影响，以大断面砂岩地层公路隧道工程为依托，结合现场试验和数值模拟方法，对不同施工工法条件下大断面公路隧道围岩及支护结构的受力及变形特性进行模拟与监测分析，研究成果可为类似工程提供参考及指导建议。……