高地应力软弱围岩铁路隧道的衬砌压力

虽 然该 模 型具有 原理 清 晰 、计 算 简便 、使用 范 围广
５０ Ｄ １＋ １５ ，为 ２条 单 线 隧道 ，线 间距 ４ ７一 Ｋ３ ３ ７） ０ ｍ，采 用 台阶 法施 工 ，于 ２ ０ ０７年 １ 月 开 工 建 设 ， １
等优点 ，但在实际使用中存在两大困难 。其一 ，开 挖面通过之前坑道周边的监测位移很难获得 ，目前 在 国 内实际 工程 中几 乎没 有实 测 资料 ；其二 ，对 于
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中
国 铁
道
科
学
第３ ２卷
３ ，次级断裂 １ 条 ，其岭脊埋深较大处为石炭 条 ４ 系变质砂岩及片岩 ，岩体破碎 ，隧道处于软弱 围岩
体 中。通过来自百度文库 压致 裂法进 行原 位地 应力测 试 ，依照 现行 国家标 准 《 程岩体 分 级标 准 》 （ Ｏ ｌ— 工 ＧＢ５ ２８
周边位移 和掌子面前方位移 ，再采用改进 的 Ｂ Ｐ人工 神经网络模 型预测隧道围岩的最终位移 。利用开挖应力释放
率模 型获得隧道衬砌压力及应力释放规律 。该规律 与经典 围岩特 征 曲线 规律一致 ，且与工程 经验 和现场施工状 态基本符 合 。采用 Ｆ Ａ 软件对该段 隧道开挖过程进行 三维 数值模 拟 ，验证 了上述 方法在高地应 力软弱 围岩地 Ｌ 。 质条 件下的正确性和合理性 。计算结果和模拟结 果均表 明 ：由于高地应力 软弱 围岩和初 支效果不 佳 ，使得关 角
监测点安设位置与开挖面有一定的距离 ，使得位移 监 测 测点 的第 １ 次读 数滞 后该 测试 点掌 子面 的开挖
时间 ２ ，且很 多实测 数据 没有 达到完 全 收敛 。 ～３ｄ 因此 ，本 文 以 关 角 隧 道 为 工 程 背 景 ，基 于 文 献 ［ １的开挖 应 力 释放 率 模 型 ，以现 场 实测 地 应 １］ 力 和净 空 收敛位 移 曲线 为基础 ，根 据 台阶法开挖 中 的空 问效应 ，推算 未监测 到 的位移 和掌 子面前 方位 移 ，再 利用 改进 的 Ｂ Ｐ人 工 神 经 网络 模 型预 测 隧道 围岩最 终 的位移 值 ，研究 在 高地应 力软 弱 围岩地 质 条 件 下铁路 隧 道 的衬 砌 压力 。
放 ，而 开挖 应 力 释 放 是 通 过 位 移 释 放 实 现 的＿ １ 。
１ 工程 背景
关 角 隧道位 于青 藏铁 路一 期 工程西 宁至格 尔木
段 增建 第二 线关 角越 岭 段 ，是 目前我 国已开工 建设 的最 长 铁 路 隧 道 ， 隧 道 长 ３ ０ （ Ｋ２ Ｏ＋ ２ ６５ｍ Ｄ ８
Ｎｏ ｅ ｅ ， ２ １ ｖ ｍｂ ｒ ０ １
高地 应 力软 弱 围岩 铁 路 隧道 的衬砌 压 力
陈志敏 ，赵德安 ，李 国良 ，余 云燕
（ ．甘肃省道路桥梁与地下工程重 点实验室 ，甘肃 兰州 ７ ０ ７ ；２ １ ３ ０ ０ ．兰州交通大学 土木工程学院 ，甘肃 兰州 ７０ ７ ； ３ ００
隧道 Ｄ Ｋ ０ ＋９ ０ ｙ ３ ７ ０ 处衬砌压力 较大 ，隧道结 构处于不利的受力状态 。
关键词 ：高地应力 ；软弱 围岩 ；位移 ；应力释放率 ；衬砌压力
中 图 分 类 号 －Ｕ４ ９ １ ５． ：Ｕ４ １４ ５ ． 文 献 标 识 码 ：Ａ
隧道 支护 结构 受力 的大 小是 隧道结 构设 计 和施
第３卷 ， ６ ２ 第 期 ２０１１年 １１月
文章编 号 ：１ ｏ—６ ２ （ｏ ６０ ５—８ ｏ １４ ３ ２ １ ）０ —０ ５０ １
中 国 铁 道 科 学
ＣＨ Ｉ Ａ Ｎ ＲＡＩ ＡＹ ＣＩ ＩＷ Ｓ ＥＮＣＥ
Ｖｏ ． ２ Ｎｏ ６ １３ ．
收稿 日期 ：２ １— ２ ０ ０ ０１— ；修订 日期 ：２ １ — —１ ３ ０ １ ９０ ０
建设工期 ５ 。 年 关角隧道地质构造发育 ，正洞通过区域性断裂
基 金项 目：铁 道部科 技研究 开发计划 项 目 （０ ８ ３ 一 ２０ Ｇ０ ０Ａ，２ Ｏ ＧＯ ５Ｄ） Ｏ ９ Ｏ一
作 者简介 ：陈志敏 （９９ ） １７ ，男 ，河北 临城人 ，讲师 ，博士研究生 。
法获得解析解 。陈宗基指 出，对于地下巷道和隧洞 所 发 生 的大变 形等 问题 ，累积能 量 的突然 释放 或逐 渐 释放 必 然 起 决 定 性 作 用＿ １ 。在 高 地 应 力 软 弱 围
岩 条件 下 ，隧 道 围岩 在 开挖支 护 过程 中发生 大变 形 等 问题 ，其 根 本机理 仍 然是 累积 能量 的突 然释放 或
３ ．西北 民族大学 土木工程学 院，甘肃 兰州 摘
７０ ３ ；４ ３ ０ ０ ．中铁第 一勘察设 计院集团有限公司 ，陕西 西安
７０ ４ ） １ ０ ３
要 ：以关 角隧道为工程背景 ，采用开挖应力 释放率模 型 ，研究 高地应 力软弱 围岩地 质条件下铁 路隧道
的衬砌压 力 。基于现场实测地应力和施工监测位 移 ，根据 台阶法 开挖 中存 在 的空间效应 ，推 算未监测 到 的坑道
开挖 面通 过之 后 的坑 道周 边位 移监测 ，为 了不妨 碍 施 工 以及 防止爆 破 等 施 工 对监 测 点 的 扰 动与 破 坏 ，
工的基本依据之一 。岩体开挖后受扰动而产生应力 重 分 布过 程极其 复 杂 。半个 多世 纪 以来 ，国 内外学
者 采用 各种 岩 体本 构模 型和 不 同的强 度准 则对 隧道 围岩 的应力 和 位 移 进 行 了广泛 的研 究 ｒ ］ １ 。但 是 对 于我 国西部 地 区广 泛存 在 的高地 应力 、软 弱 围岩等 特 殊地 质条 件 下 的结 构荷 载 问题 ，很难 通 过理论 方
逐渐释放 ，故采用开挖应力释放率模型分析高地应 力软弱 围岩条件下 的结构荷载 仍具有一定 的可行
性 。周 顺华 提 出 了平 面计 算模 型 的开挖 应力 释放 率 计 算方 法 ，该 模 型 将 开 挖 应 力 释 放 分 为 两 部 分 考 虑 ，即开挖 面通 过之 前 和开挖 面通 过之 后 的应力 释