高速公路潛埋偏壓隧道力學(xué)計(jì)算分析

張林波

【摘要】高速公路潛埋偏壓隧道力學(xué)分析中，需要結(jié)合工程環(huán)境來(lái)綜合探討有效加固方法。本文以工程實(shí)際建設(shè)情況為例，重點(diǎn)探討高速公路潛埋偏壓隧道力學(xué)計(jì)算形式，幫助明確高速公路潛埋偏壓隧道的加固形式，可以作為工程施工建設(shè)期間的技術(shù)參展來(lái)使用，具有實(shí)踐應(yīng)意義。

【關(guān)鍵詞】高速公路 潛埋偏壓 隧道力學(xué)

一、工況介紹

高速工程的隧道口部分在施工中通常位于V圍巖內(nèi)，本文章中所選擇的工程案例，高速工程隧道口洞口巖石厚度為3B以內(nèi)，不同圍巖區(qū)域內(nèi)會(huì)存在厚度差異，因此將其設(shè)定為一個(gè)動(dòng)態(tài)范圍。高速公路與隧道口之間的橫坡角度為40°，面對(duì)工程施工中比較復(fù)雜的基層覆蓋情況，建設(shè)單位采用組合方法來(lái)對(duì)隧道口進(jìn)行加固。淺埋偏壓隧道與普通形勢(shì)隧道相比在洞口的承重力以及角度方面更加復(fù)雜，需要采用不同支護(hù)結(jié)構(gòu)來(lái)對(duì)洞口進(jìn)行綜合加固，高速公路隧道施工中，也需要結(jié)合工程建設(shè)區(qū)域的地理環(huán)境特征來(lái)進(jìn)行探討。本工程施工所處的基層環(huán)境相對(duì)比較復(fù)雜，想要對(duì)隧道內(nèi)部與洞口進(jìn)行綜合加固，首先需要對(duì)偏壓力學(xué)進(jìn)行全面分析，掌握偏壓力學(xué)產(chǎn)生形式以及在洞口中的存在區(qū)域，在偏差作用力范圍內(nèi)進(jìn)行內(nèi)部應(yīng)力結(jié)構(gòu)支撐建設(shè)，不影響高速公路隧道工程原有形式基礎(chǔ)上，達(dá)到最有效的加固效果。除此之外偏壓力學(xué)分析對(duì)工程建設(shè)中的材料使用也存在一定影響，在偏壓作用下地面橫坡與圍巖厚度增大，會(huì)直接影響到工程受力情況，因此在分析中會(huì)將偏差角度以10°為界限做出劃分。

二、計(jì)算模型

對(duì)高速公路隧道工程潛埋偏壓隧道力學(xué)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，采用同濟(jì)曙光有限元次分析計(jì)算軟件來(lái)進(jìn)行，首先在模型構(gòu)建中隊(duì)隧道邊緣做出預(yù)留，邊緣與隧道洞口之間的距離為36米，選擇在邊緣距離位置均衡的部分來(lái)展開分析計(jì)算。上邊界采用自由形式構(gòu)建，會(huì)根據(jù)工程建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)需求來(lái)對(duì)邊界距離進(jìn)行確定，下邊界處則采用固定形式存在。確定好計(jì)算距離后，在接下來(lái)的模型建立中不會(huì)改變。V級(jí)圍巖是以彈性邊緣來(lái)進(jìn)行構(gòu)建的，隨著角度與偏壓力度變化，在模型中體現(xiàn)出v級(jí)圍巖需要進(jìn)行描桿固定的區(qū)域，并對(duì)洞口采用混凝土旋噴技術(shù)做出加固。加固所使用的錨桿，直徑為2.5cm，長(zhǎng)度為3.5m，布設(shè)問隙達(dá)到控制在0.6m內(nèi)。加固鋼筋為達(dá)到效果，需要控制在118b強(qiáng)度型號(hào)的鋼筋來(lái)進(jìn)行構(gòu)建使用，配合混凝土加固，強(qiáng)度等級(jí)為C25。鋼筋與混凝土共同應(yīng)用在高速公路隧道口加固方面，能夠?qū)撀衿珘核a(chǎn)生的松軟巖石姥姥固定，避免巖石破碎掉落影響到工程建設(shè)施工。計(jì)算在不同環(huán)境以及支護(hù)結(jié)構(gòu)下圍巖屈服力的變化，拱頂部分是鋼筋混凝支護(hù)加固所針對(duì)的重點(diǎn)區(qū)域，面對(duì)拱頂角度變化加固后圍巖的屈服區(qū)域面積也會(huì)出現(xiàn)改。拱頂覆蓋厚度自身存在差異性，以10為界限，計(jì)算l0至40之間橫坡與地面之間所形成的屈服區(qū)域面積變化情況。

三、計(jì)算結(jié)果分析

將高速公路潛埋偏壓隧道力學(xué)計(jì)算結(jié)果整理為表1，觀察表1中的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)巖石的覆蓋層厚度增大時(shí)，高速公路掩埋中地面橫坡與隧道之間所形成的角度也會(huì)出現(xiàn)變化，隨著變化增大，尤其在地面坡度大于30時(shí)，此時(shí)對(duì)圍巖的屈服區(qū)域也會(huì)祈禱擴(kuò)大效果。為確保高速公路隧道工程施工任務(wù)可以安全進(jìn)行，在初期建設(shè)時(shí)會(huì)構(gòu)建臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)，主要針對(duì)隧道拱頂部分進(jìn)行支護(hù)。提升隧道向心力，周邊巖石層破損掉落的幾率會(huì)下降。覆蓋層厚度對(duì)支護(hù)作用力的影響也會(huì)隨著角度變化而改變，具體加固過(guò)程中，需要結(jié)合拱頂角度來(lái)對(duì)加固材料強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，確保能夠達(dá)到最有效的支護(hù)加固效果。以上計(jì)算結(jié)果分析中存在一定局限性，對(duì)于隧道工程建設(shè)中拱頂部分的設(shè)計(jì)，并沒有考慮基層環(huán)境承載能力，一旦基層結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，也會(huì)影響到拱頂工程部分，不利于工程全面建設(shè)計(jì)劃進(jìn)行。隨著覆蓋層厚度的增加，地面橫坡對(duì)初期支護(hù)軸力的增長(zhǎng)影響逐漸減弱。同樣覆蓋厚度下，隨著地面橫坡的增大初期支護(hù)軸力也隨之增加；在覆蓋層1d地面橫坡20°的情況下軸力僅增長(zhǎng)1.4%，因此地面橫坡小于20°時(shí)，對(duì)初期支護(hù)軸力的增長(zhǎng)公路隧道影響較小。

結(jié)語(yǔ)：經(jīng)過(guò)上述文章論述內(nèi)容可以總結(jié)到，隨著覆蓋層的增厚，隧道地面橫坡度對(duì)隧道的圍巖、支護(hù)受力影響逐漸減??；隨著地面橫坡的增大，對(duì)不同覆蓋厚度的隧道圍巖及支護(hù)的受力影響也隨之增大；當(dāng)坡度大于30°橫坡是其影響作用陡增；當(dāng)覆蓋層厚度達(dá)橫坡3B橫坡，地面橫坡小于等于橫坡30°時(shí)，對(duì)隧道圍巖及初支受力的影響相對(duì)較小，在實(shí)際設(shè)計(jì)中可不考慮地面橫坡的影響。

參考文獻(xiàn)：

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