公路隧道初期支护参数优化下安全储备分析

谢清忠， 刘东东， 傅鹤林， 张蒙， 秦龙飞

(1.中交第四公路工程局有限公司， 北京 100022；2.中南大学 土木工程学院， 湖南 长沙 410075)

Ⅳ级围岩隧道初期支护承担55%～70%的应力释放，确保初期支护安全是隧道设计和施工的关键。目前公路隧道设计多采用工程类比法，结构受荷特征与现场实效匹配不足使初期支护安全储备难以掌控，时常出现初期支护安全储备缺乏和安全储备过高的情况，导致隧道设计安全和经济失衡。

目前对隧道初期支护优化的研究主要集中在隧道系统锚杆方面，对拱架、砼和锁脚锚杆的研究较少。文献[4-6]认为，对于黄土等软弱围岩隧道，系统锚杆对隧道稳定性的影响小，取消系统锚杆可使隧道尽早形成完整的支护结构；文献[7]认为在岩体隧道中可取消系统锚杆；文献[8-9]对系统锚杆长度、间距、范围进行了优化，但对于岩体隧道初期支护安全储备量化和能否取消系统锚杆尚不明确；文献[10-11]认为可通过减小拱架间距、改变钢拱架型号甚至取消钢拱架对隧道初期支护进行优化；文献[12-13]认为可通过改变喷射砼厚度和强度等级优化隧道初期支护，但对于预留变形量的优化研究较少。上述研究对于隧道初期支护优化较为系统，但就初期支护参数优化下安全储备量化问题仍需进一步研究。该文结合江玉(江口—玉屏)高速公路香树坳隧道，针对隧道开挖过程中初期支护变形和受荷力学效应，结合现场测试和数值计算，对隧道初期支护变形、锚杆轴力和拱架应力进行分析，从系统锚杆、预留变形量和钢架3个方面对Ⅳ级围岩隧道初期支护安全储备进行研究，为隧道初期支护参数优化提供依据。……