淺埋偏壓隧道邊坡體系穩(wěn)定性分析及加固技術(shù)

歐陽娜

(江西省公路科研設(shè)計院)

淺埋偏壓隧道邊坡體系穩(wěn)定性分析及加固技術(shù)

歐陽娜

(江西省公路科研設(shè)計院)

淺埋偏壓隧道圍巖與邊坡相互影響，任何一方的失穩(wěn)破壞均會影響另一方的穩(wěn)定性，因此需將二者作為一個系統(tǒng)進行研究。以某山嶺隧道為例，該隧道洞身大多處于偏壓狀態(tài)，分別對圍巖及邊坡進行加固處理，并經(jīng)監(jiān)測及數(shù)值仿真，表明了該體系加固技術(shù)是有效，可為類似工程提供一定的實踐經(jīng)驗。

淺埋偏壓隧道;邊坡;體系;加固技術(shù);穩(wěn)定性分析

1 工程簡介

西北區(qū)某隧道，起訖樁號為DK151+933～DK152+ 171，為雙線隧道。隧道進口位于左偏曲線上，左右線曲線半徑為3 000 m、3 004.32 m，路面橫坡為2%。隧道內(nèi)設(shè)連續(xù)下坡，DK152+005設(shè)變坡點，小里程坡度為－5.3‰，大里程坡度為－5.9‰，呈下坡趨勢。

該隧道位于剝蝕丘陵地貌，地勢起伏較大，隧道區(qū)段地面標高一般40～94 m，山體自然坡度10°～30°，植被發(fā)育。該隧道洞身多處于偏壓段，且?guī)r體下伏基巖為元古界板溪群馬底驛組條狀板巖，全風化－弱風化，全風化呈砂土狀，強風化基巖青灰夾灰褐色，巖體破碎呈碎塊狀，厚5.7～20 m，弱風化基巖變余結(jié)構(gòu)，板狀結(jié)構(gòu)，局部夾有石英脈。

2 淺埋偏壓隧道邊坡體系加固

2.1 偏壓隧道加固措施

針對偏壓隧道的受力特性，采取不均衡支護體系進行加固。在隧道斷面受偏壓一側(cè)拱部布設(shè)Ф25長為6 m的中空注漿錨桿，間距為縱向0.8 m×環(huán)向1.2 m，梅花型布置;而另一側(cè)拱部布置Ф22長3.0 m砂漿錨桿于拱部45°范圍類設(shè)置，間距及型式同上。超前錨桿為Ф25長3.0 m的砂漿錨桿，在拱部110°范圍設(shè)置，間距縱向1.6 m×環(huán)向0.4 m。鋼筋網(wǎng):環(huán)向 Ф8×縱向 Ф8，拱墻的網(wǎng)格間距為 25 cm× 25 cm。鋼架:HW175型鋼鋼架，拱墻設(shè)置，間距縱向0.8 m×環(huán)向0.8 m，兩側(cè)墻腳鋼架設(shè)置兩根5 m長Ф22鎖腳錨桿，并預留10 cm的變形量。

2.2 邊坡加固措施

為防止邊坡失穩(wěn)引發(fā)隧道失穩(wěn)，對邊坡進行抗滑樁結(jié)構(gòu)設(shè)計，其混凝土:軸心抗壓強度設(shè)計值fc=11.9 N/mm2，軸心抗拉強度設(shè)計值ft=1.27 N/mm2。鋼筋HRB335(20MnSi)，符號φ，抗拉強度設(shè)計值fy=300 N/mm2，抗壓強度設(shè)計值f'y=300 N/mm2。樁的強度設(shè)計安全系數(shù):受彎時K=1.2;斜截面受剪時K'=1.3。在樁的兩側(cè)分別布置6根φ12的構(gòu)造鋼筋，在樁的受壓側(cè)布置10根φ12的架立鋼筋。

3 淺埋偏壓隧道邊坡體系穩(wěn)定性分析

通過現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)分析以掌握淺埋隧道圍巖與邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)，并經(jīng)信息反饋動態(tài)設(shè)計，以保證其安全穩(wěn)定。對該隧道二襯段DK151+976斷面拱頂、拱腰及拱肩5個測點布設(shè)應變計以監(jiān)測二襯混凝土內(nèi)應力，設(shè)置測樁以監(jiān)測二襯周邊收斂值及拱頂下沉值;對隧道開挖段DK152+015斷面拱頂、拱腰及拱肩5個測點布設(shè)應變計及錨桿軸力計，監(jiān)測點布設(shè)如圖1所示。邊坡位移分為豎向位移與水平位移，為簡化監(jiān)測方法，沿坡體共布設(shè)25條水平線及16條豎向線交點作為測點。

3.1 結(jié)構(gòu)內(nèi)空收斂監(jiān)測分析

在該隧道二襯段DK151+976斷面進行為期2月的監(jiān)測，測得拱頂下沉量及周邊收斂值如圖1所示。

由圖2可知，隧道襯砌內(nèi)空位移變化值具有一定的規(guī)律，三者均呈先增長后平穩(wěn)的趨勢規(guī)律。從數(shù)值上來看，de線與bc線的收斂值大小接近且大于拱頂a的下沉值，其累計位移值分別為21.85 mm、20.98與9.92 mm。監(jiān)測數(shù)據(jù)的最后一日位移變化速率分別為0.02 mm/d、0.03 mm/d與0.07 mm/d，表明隧道結(jié)構(gòu)為穩(wěn)定性的。

圖1 襯砌結(jié)構(gòu)斷面收斂監(jiān)測數(shù)據(jù)

3.2 隧道與邊坡系統(tǒng)穩(wěn)定性數(shù)值分析

采用有限元分析軟件ANSYS對隧道－邊坡系統(tǒng)穩(wěn)定性進行數(shù)值仿真計算分析。其中邊坡及隧道圍巖設(shè)為均質(zhì)弱風化巖(參數(shù)容重為23 kN/m3，體積模量為320 MPa，剪切模量為240 MPa，泊松比為0.3，黏聚力為1.2 MPa，內(nèi)摩擦角為32°)。根據(jù)數(shù)值計算得到隧道與邊坡體系的云圖如圖2、圖3所示。

圖2 隧道邊坡體系水平位移場云圖

圖3 隧道邊坡體系豎向位移場云圖

由圖3圖4可知由于隧道的開挖水平位移場具有明顯的偏壓性質(zhì)，而對豎向位移場的影響不大，由于襯砌結(jié)構(gòu)的加強作用，隧道圍巖區(qū)域位移場均呈減弱的趨勢。從數(shù)值上來看水平位移最大值出現(xiàn)在坡頂及隧道圍巖區(qū)的右側(cè)，分別為0.46 mm與3.34 mm;豎向位移場最大值出現(xiàn)于坡頂，數(shù)值為24.23 mm，滿足隧道圍巖及邊坡穩(wěn)定性要求。

4 結(jié)論

淺埋偏壓隧道在偏壓段圍巖與邊坡的穩(wěn)定性為相互影響的關(guān)系，因此在隧道施工時應將二者作為一個系統(tǒng)進行加固處理。以湖南某隧道為例，對隧道偏壓段圍巖與邊坡進行加固處理及穩(wěn)定性分析，可得到如下幾點結(jié)論。

(1)偏壓隧道圍巖的加固應根據(jù)其受力特性采用不均衡支護系統(tǒng)，即采用錨桿注漿時在受偏壓段加強支護參數(shù)以消弱圍巖壓力的差值。

(2)為防止邊坡失穩(wěn)對偏壓隧道圍巖的影響，采用雙排抗滑樁對邊坡進行了處治。

(3)經(jīng)監(jiān)測及數(shù)值仿真可知隧道圍巖及邊坡穩(wěn)定性滿足工程要求。

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U455

C

1008－3383(2015)10－0081－01

2015－05－11

歐陽娜(1988－)，女，湖南婁底人，助理工程師，主要從事公路隧道設(shè)計與研究工作。