朱 剛

（中國(guó)鐵建國(guó)際投資集團(tuán)有限公司）

國(guó)外某巷道工程長(zhǎng)度約為620 m，包括圓形硐室1座、長(zhǎng)方形硐室1座、主通道2條。主通道大部地段采用素噴混凝土支護(hù)，圓形和長(zhǎng)方形硐室采用錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，出入口的端處采用鋼筋混凝土襯砌，全部隧道底板均用噴射混凝土回彈料作找平層并壓實(shí)。但由于年久失修，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘發(fā)現(xiàn)，隧道工程素混凝土局部出現(xiàn)開裂、滲水、滴水等不利情況，存在一定安全隱患。為了消除安全隱患，需對(duì)該隧道工程開展災(zāi)害治理分析研究，以保證該工程安全穩(wěn)定。

1 工程地質(zhì)分析

1.1 鉆孔取樣工作

利用Maptek-I-SiteSR3三維激光掃描儀形成的地形圖，對(duì)國(guó)外某隧道工程的鉆孔取樣以及計(jì)算剖面（圖1）進(jìn)行合理布置，從隧道工程?hào)|入口開始，每隔50 m布設(shè)2個(gè)取樣鉆孔，鉆孔深度為50 cm，孔徑為50 mm，設(shè)計(jì)鉆孔20個(gè)，累計(jì)進(jìn)尺10 m，圖2為鉆孔平面位置圖。

1.2 工程地質(zhì)概況

（1）中厚層狀粗粒長(zhǎng)石石英砂巖夾厚層狀細(xì)砂巖以4組節(jié)理為主：①50°∠70°，4條/m，②218°∠31°，3條/m，③316°∠79°，3條/m，④125°∠85°，1條/m。第2組節(jié)理切割第3組，而第4組又切割第2、第3這2組節(jié)理，第4組節(jié)理面有泥質(zhì)充填。巷道84.8 m處以1條壓扭性斷層（F5）為主，斷層西壁寬1.2 m，頂寬2 m，東壁寬0.6 m；構(gòu)造角礫巖經(jīng)地下水滲透大多已強(qiáng)風(fēng)化，呈泥狀為多，夾少量未風(fēng)化完畢的原巖角礫，斷層產(chǎn)狀為5°∠52°；巷道90 m處以3組節(jié)理為主，129°∠81°，1～2條/m，切割深，節(jié)理面平直，延伸至頂板（圖3）。

（2）中粗粒長(zhǎng)石石英砂巖為厚層狀構(gòu)造，顏色為灰白色，碎屑成份以石英長(zhǎng)石為主，膠結(jié)物為鈣質(zhì)、鐵質(zhì)及少量硅質(zhì)，有代表性節(jié)理有2組：①走向?yàn)?80°，傾角65°；②走向?yàn)?30°，近乎直立。巷道135 m處1組節(jié)理較發(fā)育，密度較大，1 m內(nèi)達(dá)15條之多，巖塊出理擠壓、破碎現(xiàn)象，少數(shù)成為碎裂巖，其塊度大小10～15 cm不等，節(jié)理產(chǎn)狀走向?yàn)?75°，傾向?yàn)镹，傾角為50°。巷道136～144 m巖性較完整，硬度為5.5～6，在南壁出現(xiàn)一夾層，走向?yàn)?10°，傾向?yàn)?20°，傾角為33°～35°，頂板巖石較碎裂。長(zhǎng)石已高嶺土化，泥質(zhì)粉砂巖，灰白色泥質(zhì)粉砂結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，成份以粉砂質(zhì)和泥質(zhì)為主，土多為高嶺土化，中風(fēng)化狀，極易脫落（圖4）。

2 計(jì)算工況的劃分

（1）工況1?，F(xiàn)狀條件下圍巖數(shù)值分析（無(wú)支護(hù)措施）。

（2）工況2?，F(xiàn)狀條件下，圍巖在錨桿+錨噴混凝土襯砌情況下數(shù)值分析，隧道圍巖支護(hù)見圖5。

3 計(jì)算參數(shù)的選取

本次數(shù)值模擬的計(jì)算參數(shù)依據(jù)圍巖體物理力學(xué)性質(zhì)［1-2］試驗(yàn)，并以相關(guān)技術(shù)規(guī)范與手冊(cè)為參考。經(jīng)綜合分析后確定本次圍巖計(jì)算參數(shù)見表1。

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4 有限元模型

采用實(shí)體計(jì)算模型GTS構(gòu)建方法將該隧道工程地質(zhì)模型與數(shù)值計(jì)算模型實(shí)現(xiàn)集成和轉(zhuǎn)換，建立隧道工程數(shù)值計(jì)算模型見圖6、圖7，對(duì)模型采用表中的巖體力學(xué)參數(shù)進(jìn)行屬性賦值，采用位移約束邊界條件，即模型的左右（X方面）邊界、前后（Y方向）邊界和底邊界均施加位移約束條件，隧道內(nèi)部為自由邊界，采用摩爾-庫(kù)倫破壞準(zhǔn)則［3］對(duì)該圍巖巖體進(jìn)行模擬計(jì)算，分析其位移場(chǎng)和塑性區(qū)的分布特征與變化規(guī)律。

5 計(jì)算結(jié)果分析

5.1 工況1模擬結(jié)果

由圖8～圖11可以看出，在工況1條件下，圍巖位移主要發(fā)生在拱頂部位，隧道底板在開挖時(shí)由于應(yīng)力釋放可能發(fā)生部分回彈，表現(xiàn)為隆起的現(xiàn)象；沉降等值線基本呈對(duì)稱分布［4］，最大沉降量發(fā)生在隧道中心處；地層豎向位移距離隧道洞口越遠(yuǎn)，其沉降呈逐漸減小的趨勢(shì)，直至不發(fā)生變化。由塑性區(qū)分布可知：隧道圍巖塑形屈服主要發(fā)生在隧道的淺層區(qū)域，即表層可能發(fā)生掉塊、擠壓破壞現(xiàn)象；1—1剖面的豎向位移、塑性區(qū)分布較2—2剖面大，主要可能由于1-1剖面隧道跨度以及高度較大所致。

5.2 工況2模擬結(jié)果

由圖12～圖15可以看出，在工況2條件下，圍巖位移、塑性區(qū)分布圖變化與工況1類似，但較工況1條件下位移變化量降低、塑性區(qū)影響區(qū)域減小，說明了噴射混凝土與錨桿共同作用對(duì)圍巖的位移變化［5］有限制作用，達(dá)到了預(yù)期效果；軸力圖、網(wǎng)噴混凝土內(nèi)力圖總體呈對(duì)稱分布，拱頂處錨桿內(nèi)力最大，2—2剖面的錨桿內(nèi)力、網(wǎng)噴混凝土內(nèi)力分別為18.5，6.74kN，拱頂處錨桿拉力較大，即頂部區(qū)域的錨桿較好地限制了圍巖的塑性變形破壞［5-6］。由網(wǎng)噴混凝土襯砌主應(yīng)力圖可知：2—2剖面混凝土最大壓應(yīng)力為6.74 MPa，小于設(shè)計(jì)混凝土的強(qiáng)度值，故網(wǎng)噴混凝土總體是安全的。

6 結(jié) 論

（1）在現(xiàn)狀條件下，圍巖位移主要發(fā)生在拱頂部位，底板修建時(shí)可能發(fā)生部分回彈，表現(xiàn)為隆起的現(xiàn)象，距隧道開挖面越遠(yuǎn)，其位移變化逐漸減小，直至無(wú)明顯位移變化。位移等值線基本呈對(duì)稱分布，最大沉降量發(fā)生在隧道中心處；圍巖發(fā)生塑形屈服主要在隧道的淺層區(qū)域，即表層可能發(fā)生掉塊、擠壓破壞現(xiàn)象，總體呈穩(wěn)定狀態(tài)，1—1剖面的豎向位移、塑性區(qū)分布較2—2剖面大，主要是由于1—1剖面隧道跨度以及高度較大。

（2）圍巖在采取錨桿+網(wǎng)噴混凝土襯砌后，圍巖位移、塑性區(qū)分布圖變化規(guī)律與工況1類似，但位移變化量降低、塑性區(qū)影響區(qū)域減小，說明采用錨桿+網(wǎng)噴混凝土治理措施后達(dá)到了預(yù)期的支護(hù)效果；錨桿內(nèi)力圖、網(wǎng)噴混凝土內(nèi)力圖總體呈對(duì)稱分布，拱頂兩側(cè)處錨桿內(nèi)力最大，2—2剖面的錨桿內(nèi)力、網(wǎng)噴混凝土內(nèi)力分別為18.5，6.74 kN，即頂部區(qū)域的錨桿較好地限制了圍巖的塑性變形破壞，此時(shí)錨桿作用明顯，治理效果較佳。

（3）在現(xiàn)狀條件下，隧道工程圍巖總體呈穩(wěn)定狀態(tài)，但隧道圍巖的淺層區(qū)域隨著時(shí)間、應(yīng)力以及外力等多因素共同作用下，會(huì)造成隧道圍巖體淺層發(fā)生風(fēng)化碎裂,從而降低了圍巖體自身強(qiáng)度，乃至出現(xiàn)塌落、擠壓等破壞現(xiàn)象，存在一定的安全隱患。