寧安高速禾豐隧道圍巖穩定性分析

潘龍　萬韡

（1.江西交通咨詢公司，江西南昌　330000；2.江西省公路工程有限責任公司，江西南昌　330006）

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寧安高速禾豐隧道圍巖穩定性分析

潘龍1萬韡2

（1.江西交通咨詢公司，江西南昌330000；2.江西省公路工程有限責任公司，江西南昌330006）

摘要：以江西寧安高速禾豐隧道為例，采用現場監控量測和數值模擬計算相結合的方法，分析評價了該隧道在施工全過程的圍巖穩定性情況，結果表明，施工設計方案科學合理，且現場隧道累計變形量較小，硐室較安全穩定。

關鍵詞：隧道，監控測量，數值模擬，圍巖穩定性

1　工程概況

寧都至定南（贛粵界）高速公路北接在建的南昌至寧都高速公路，南與廣東省規劃建設的河（源）惠（州）（東）莞高速公路對接。寧安高速禾豐隧道標段位于江西省贛州市于都縣境內，路線起點位于曉龍山隧道中間，樁號為K73 + 800，向南在曉龍山寺西側出洞，跨溝后在銅鑼窩設置禾豐隧道，穿山至禾豐鎮大樹下，終點樁號為K78 +365. 978，路線全長4. 57 km。

禾豐隧道是上、下行分離（洞口小凈距）的四車道高速公路長隧道。隧道平縱曲線和隧道幾何尺寸凈空斷面標準按80 km/h設計速度設計；建筑限界寬度為10. 25 m，建筑限界高度為5 m，設計荷載為：公路—Ⅰ級。隧道洞軸線走向大致為南至北走向。

2　施工方案

禾豐隧道圍巖較復雜，以Ⅲ級圍巖為主，配以多段Ⅳ級、Ⅴ級圍巖。Ⅲ級圍巖采用全斷面施工法開挖，首先進行爆破，爆破采用光面爆破，使用合適機械進行鉆孔，控制好開挖輪廓，可以提高炸藥使用效率，加快施工進度。然后進行全斷面初期支護，噴射混凝土達到設計厚度，滿足后續工序要求。接下來鋪設調平層或鋪底施工，保證出碴車高效運作。道路兩邊鋪設環向盲溝級防水板，等待二襯臺車施作二次襯砌，進行循環作業。

Ⅳ級以及Ⅴ級圍巖采用上下臺階法施工，Ⅳ級圍巖段采用超前錨桿支護，錨桿采用直徑22 mm砂漿錨桿，環向間距約40 cm。Ⅴ級圍巖采用超前小導管支護，使用外徑42 mm的熱軋無縫鋼管，環向間距約40 cm，外插角控制在15°左右，每排小導管縱向至少需搭接1. 0 m。先進行上開挖面工作，每循環進尺1. 0 m～1. 5 m。待每循環開挖后，噴射混凝土封閉掌子面，進行立架、噴錨、掛網及鎖腳錨管施工。上臺階進尺10 m左右后，開始下臺階開挖，支護與上臺階相同。接下來進行底板開挖、仰拱二次襯砌、仰拱回填等工序，襯砌成環后，進行下一循環施工。

3　數值模擬

3.1計算模型

本模型首先采用ABAQUS有限元軟件進行計算網格模型建立，然后導入到有限差分析軟件FLAC3D進行計算分析，建立的3D網格模型如圖1所示。模型共計58 100個單元體，包含62 322個網格節點。

計算模型四周的外邊界和底邊界均約束邊界面法向位移。考慮構造應力場，根據我國平均水平地應力與垂直地應力的比值隨深度變化關系，取側壓力系數0. 8。

3.2計算結果分析

隧道開挖支護完成后，隧道最終沉降云圖如圖2，圖3所示，最大沉降值為9.8 mm，分布在隧道頂部；隧道凈空收斂值為7 mm～9 mm。

圖1　隧道計算模型

圖2　隧道開挖后豎向位移云圖

圖3　噴射混凝土位移云圖

為了對以上數值模擬結果進行驗證，我們對禾豐隧道的拱頂以及邊墻進行了長期的監控量測，采用精密水準儀對拱頂沉降進行監測，采用收斂尺對凈空收斂監測。圖4為對于禾豐隧道左洞ZK76 +505處拱頂沉降和凈空收斂監測結果。

圖4　拱頂沉降和凈空收斂監測結果

從圖4可以看出，禾豐隧道ZK76 +505斷面開挖后拱頂發生沉降，在11 d之后開始趨于穩定，最終沉降量約為7. 9 mm，凈空收斂在20 d左右開始趨于穩定，最終收斂值在9 mm左右。

4　結語

1）江西省寧安高速禾豐隧道，洞身圍巖條件較復雜，施工方法以光面爆破全段面法為主，圍巖較差地段采用超前錨桿、超前小導管預注漿加固，開挖施工采用中長臺階法。數值計算表明，隧道豎向位移較小，水平向位移偏大，隧道開挖后拱腳附近的圍巖處于塑性狀態，呈剪切破壞。現場監控量測表明數據前期變化較大，后期不斷穩定，隧道總體變化量較小。

2）隧道總體上處于穩定狀態，設計方案實際可行，但開挖后應及時進行支護處理，防止塑性區持續發展，造成硐室失穩。

參考文獻：

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The surrounding rock stability analysis of Hefeng tunnel in Ning-An highway area

Pan Long1Wan Wei2
（1. Jiangxi Transport Consultation Company，Nanchang 330000，China；2. Jiangxi Highway Engineering Co.，Ltd，Nanchang 330006，China）

Abstract：In this paper，we selected Hefeng tunnel of Jiangxi Ning-An highway as an example to research the tunnel construction methods in bias section of shallow cave. And we used field monitoring measurement method to analysis the surrounding rock stability. The results show that the design is practical，the actual amount of deformation of tunnel is small，and the tunnel is in security and stability.

Key words：tunnel，monitoring and measurement，numerical simulation，surrounding rock stability

中圖分類號：U451. 2

文獻標識碼：A

文章編號：1009-6825（2016）09-0192-02

收稿日期：2016-01-17

作者簡介：潘龍（1978-），男，工程師；萬韡（1984-），男，工程師