高地應(yīng)力近水平狀頁巖地層隧底隆起變形分析及設(shè)計(jì)優(yōu)化

酈亞軍 劉 科

(中鐵二院成都勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司， 成都 610031)

近年來，鐵路隧道底部隆起變形影響行車安全的事故時(shí)有發(fā)生，如達(dá)成鐵路某隧道正洞Ⅲ級(jí)圍巖段埋深100～200 m地段在運(yùn)營期間發(fā)生持續(xù)軌面抬升現(xiàn)象，累計(jì)最大抬升量24.7 mm，導(dǎo)致列車限速運(yùn)行；滬昆高速鐵路某隧道洞口淺埋偏壓段發(fā)生無砟軌道道床隆起病害，導(dǎo)致軌面與設(shè)計(jì)高程偏差最大達(dá) 35.7 mm，列車降速運(yùn)行。

要想有效地解決法庭口譯中由于文化差異導(dǎo)致的交流障礙而又能最大限度地保證準(zhǔn)確性和中立性，法庭口譯員在進(jìn)行文化調(diào)解時(shí)至少要知道什么樣的調(diào)解策略是在其職責(zé)范圍之內(nèi)的。筆者認(rèn)為，口譯員要遵守以下幾個(gè)原則：在必要時(shí)添加信息；促進(jìn)雙方直接交流；澄清之前先獲得法庭許可；不作隨意改述；不向任何一方提供建議。

引起隧底隆起變形的原因復(fù)雜，許多學(xué)者對(duì)此從理論及工程實(shí)際方面進(jìn)行了諸多研究。王明年[1-2]等通過有限元與模型試驗(yàn)相結(jié)合的方法對(duì)隧道仰拱力學(xué)行為進(jìn)行了研究，得出仰拱對(duì)提高結(jié)構(gòu)承載力、約束位移發(fā)展具有至關(guān)重要的作用；鐘正強(qiáng)[3]等基于 Hoek-Brown 準(zhǔn)則模擬分析不同側(cè)壓系數(shù)時(shí)層狀巖體變形破壞特征，表明隧道開挖圍巖變形特征及破壞模式與側(cè)壓力系數(shù)有關(guān)；王立川[4]等研究了某運(yùn)營鐵路隧道底部結(jié)構(gòu)隆起病害成因并提出了治理對(duì)策；李奎[5]等分析研究了某客運(yùn)專線隧道洞口段道床隆起病害原因并提出整治對(duì)策。汪洋[6]等對(duì)云嶺隧道底鼓機(jī)理進(jìn)行了分析，李德武[7]等對(duì)隧底合理結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了研究，施成華[8]對(duì)隧底結(jié)構(gòu)受力與變形進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試分析。

高地應(yīng)力條件下隧道開挖變形力學(xué)響應(yīng)非常復(fù)雜，上述研究鮮有提及洞室群條件下的隧底隆起變形研究。本文就某高速鐵路隧道施工過程中平導(dǎo)底板發(fā)生多階段的隆起變形，考慮洞室群影響，基于巖體地應(yīng)力測(cè)試及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析隆起變形原因，對(duì)平導(dǎo)及正洞提出處理措施。

1 工程概況

某高速鐵路設(shè)計(jì)速度350 km/h，其中XS隧道為單洞雙線隧道，線間距5.0 m，隧道最大埋深725 m，開挖斷面積約150 m2。隧道進(jìn)口里程D1K 563+370，出口里程D1K 573+730，隧道全長 10 085.314 m。隧道內(nèi)線路縱坡設(shè)計(jì)為“人”字坡輔助坑道，采用“1泄水洞+2橫洞+1平導(dǎo)+1施工支洞”模式。

XS隧道地處鄂西神農(nóng)架林區(qū)東南部，隧址區(qū)屬溶蝕、構(gòu)造剝蝕中低山河谷地貌區(qū)。隧道洞身D1K 563+370～D1K 569+095段 5 725 m穿越白云巖、斷層角礫巖、灰?guī)r頁巖互層、灰?guī)r夾頁巖、砂質(zhì)白云巖等可溶巖；D1K 569+095～D1K 573+730段 4 360.31 m穿越頁巖夾砂巖，炭質(zhì)頁巖、硅質(zhì)頁巖等非可溶巖。洞身段主要穿過新華斷裂和其次生斷層(馬家坪斷層、廟嶺斷層)及由此產(chǎn)生的局部褶皺。隧道縱斷面如圖1所示。

圖1 XS隧道縱斷面示意圖

2 隧底隆起及原因分析

2.1 隧底隆起變形過程

(1)2018年7月20日-2018年10月23日

對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行體溫測(cè)量對(duì)比試驗(yàn)。圖7中分別采用魚躍醫(yī)用水銀溫度計(jì)、廈門安氏兄弟科技有限公司生產(chǎn)的醫(yī)用電子體溫計(jì)與系統(tǒng)測(cè)量的體溫進(jìn)行對(duì)比。測(cè)量精度達(dá)到傳統(tǒng)手持式體溫測(cè)量精度。對(duì)比所采用的醫(yī)用電子體溫計(jì)符合《醫(yī)用電子體溫計(jì)校準(zhǔn)規(guī)范》。人體基礎(chǔ)體溫生理性改變一般在24 h內(nèi)波動(dòng)幅度不超過1℃，以腋窩溫度為例，正常范圍為36.4～37.3℃平均為36.8℃[16]。測(cè)量結(jié)果在理論范圍內(nèi)。所以實(shí)時(shí)系統(tǒng)對(duì)體溫的監(jiān)測(cè)能夠做到實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確。

2018年6月24日，XS隧道2號(hào)橫洞工區(qū)正洞施工至10號(hào)橫通道口時(shí)，檢查發(fā)現(xiàn)10號(hào)橫通道平導(dǎo)大里程一側(cè)端墻處有初支剝落現(xiàn)象，量測(cè)數(shù)據(jù)未達(dá)預(yù)警值。7月17日10號(hào)橫通道貫通。7月20日，PDK 570+910～PDK 570+960段底板發(fā)現(xiàn)縱向小裂縫，同時(shí)PDK 570+972～PDK 570+952段靠正洞側(cè)邊墻發(fā)現(xiàn)初支開裂、拱架變形。施工單位隨即在 PDK 570+972～PDK 570+957段錨噴支護(hù)內(nèi)側(cè)緊貼設(shè)置I18型鋼套拱，套拱施作完成后，底板裂縫未見繼續(xù)發(fā)展，量測(cè)結(jié)果顯示變形已穩(wěn)定。

2018年8月10日，發(fā)現(xiàn)底板開裂向10號(hào)通道前后發(fā)展，向小里程發(fā)展至PDK 570+860，向大里程發(fā)展至PDK 570+995。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及測(cè)量數(shù)據(jù)，平導(dǎo) PDK 570+860～PDK 570+995段底板均有不同程度開裂，底板裂縫寬度在7 mm左右，最大寬度達(dá)10 mm。

2018年7月27日-2018年9月2日，平導(dǎo)底板監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示該段坑底隆起最大值為234.7 mm，出現(xiàn)在PDK 570+932處。

2018年7月20日-2018年10月23日平導(dǎo)部分段落底板開裂上鼓，如圖2所示。

圖2 2018年7月20日-2018年10月23日平導(dǎo)部分段落底板開裂上鼓圖

圍巖巖性以為頁巖為主，深灰、灰黑色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄～中厚層狀構(gòu)造，頁理較發(fā)育，層間結(jié)合一般，局部夾砂巖，巖質(zhì)較軟，根據(jù)勘察期間及施工期間巖石試驗(yàn)成果，為非膨脹巖。巖層傾角較緩，在掌子面視傾角 0°～20°，總體傾向隧道左側(cè)。

2018年9月12日，PDK 570+860～PDK 570+995段支護(hù)補(bǔ)強(qiáng)及底板拆換完成，監(jiān)測(cè)顯示該段變形已趨穩(wěn)定。

2019年3月16日，經(jīng)排查，PDK 571+295～PDK 570+995.52、PDK 570+115～PDK 570+650段底板均有不同程度的斷續(xù)縱向開裂，裂縫位于底板中線附近。平導(dǎo)底板已施工 1 274 m，其中底板開裂或開裂后隆起段共計(jì)888 m(含已處理的PDK 570+860～PDK 570+995段135 m，該段處理處理后未出現(xiàn)裂縫)，占比70%。

4.2.2 施工工法

綜上，抗血小板治療是目前冠心病治療的關(guān)鍵，貫穿著冠心病治療的整個(gè)過程。但是，鑒于凝血機(jī)制的復(fù)雜性和臨床患者的異質(zhì)性，冠心病患者在應(yīng)用抗血小板藥物前應(yīng)充分評(píng)估其出血風(fēng)險(xiǎn)，因人而異地選擇適合個(gè)體的最佳抗血小板治療方案，實(shí)現(xiàn)最大的臨床獲益。

圖3 2019年3月16日-2019年6月20日平導(dǎo)部分段落底板開裂上鼓圖

(3)2019年6月20日-2020年9月6日

2019年12月10日，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)排查顯示PDK 570+021～PDK 570+115段底板均有不同程度斷續(xù)開裂；PDK 570+115～ PDK 570+757段先期已開裂底板也有不同程度發(fā)展，出現(xiàn)開裂更嚴(yán)重、底板隆起范圍加大、隆起更高的情況。

至2019年12月12日底板已施工 2 155.52 m，其中底板開裂或開裂后隆起段共計(jì) 1 068 m(含已處理的PDK 570+860～PDK 570+995段135 m，該段處理處理后未出現(xiàn)裂縫)，占比49.5%。

平導(dǎo)底板裂縫發(fā)展至PDK 570+021，此后 PDK 569+695～PDK 570+021段增設(shè)仰拱初支鋼架封閉成環(huán)，底板改為弧形仰拱，未見裂縫繼續(xù)發(fā)展。

2019年6月20日-2020年9月6日平導(dǎo)部分段落底板開裂上鼓，如圖4所示。

圖4 2019年6月20日-2020年9月6日平導(dǎo)部分段落底板開裂上鼓圖

至此，XS隧道2號(hào)橫洞工區(qū)中部平導(dǎo)發(fā)生隧底隆起變形段落集中在PDK 570+021～PDK 571+294，裂縫展開示意如圖5所示。

圖5 XS隧道中部平導(dǎo)底板隆起變形裂縫展示圖

2.2 地應(yīng)力及膨脹性測(cè)試

為探明隧底隆起變形是否與地應(yīng)力存在直接關(guān)系，2019年8月，采用應(yīng)力解除法對(duì)2號(hào)橫洞工區(qū)正洞D1K 570+555斷面右側(cè)邊墻進(jìn)行了巖體應(yīng)力測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示。結(jié)果顯示巖體空間三個(gè)主應(yīng)力大小依次為10.26 MPa、6.42 MPa和5.38 MPa，天然狀態(tài)下巖石單軸抗壓強(qiáng)度值49.0 MPa，得到圍巖強(qiáng)度應(yīng)力比為Rc/σmax=4.78。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)揭示情況，圍巖初始地應(yīng)力場(chǎng)狀態(tài)屬于高地應(yīng)力，且測(cè)試位置洞軸線與最大主應(yīng)力大角度相交(69°)，對(duì)隧道邊墻巖體的穩(wěn)定相對(duì)不利。

表1 應(yīng)力解除法巖體應(yīng)力測(cè)試成果表

經(jīng)平導(dǎo)取巖樣5組測(cè)試頁巖自由膨脹率為 2%～24%，平均值10.4%，圍巖為非膨脹巖。

2.3 變形原因綜合分析

綜合各階段隧底隆起變形情況，并結(jié)合地質(zhì)情況，XS隧道平導(dǎo)頁巖段隧底隆起變形原因主要為地層巖性軟弱、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、局部高地應(yīng)力及洞室群效應(yīng)影響、地下水重分布影響等。

落實(shí)“八二分”原則， 把功夫花在平時(shí)，經(jīng)常性近距離有原則地接觸干部。通過民主生活會(huì)、年度考核、干部培訓(xùn)、談心談話、巡察督查、調(diào)研座談等多種渠道，全方位、多角度、立體式考察干部，實(shí)現(xiàn)干部考核的經(jīng)?；?、制度化、全覆蓋。

2.3.1 地層巖性

點(diǎn)擊菜單[選擇][按位置選擇]，打開選擇對(duì)話框，在[目標(biāo)圖層]勾選建筑物層，[源圖層]選擇陰影柵格轉(zhuǎn)換而成的矢量圖層，[空間選擇方法]應(yīng)選 “目標(biāo)圖層要素的質(zhì)心在源圖層要素內(nèi)”；根據(jù)需要，設(shè)置其余參數(shù)，點(diǎn)擊 [確認(rèn)]完成查詢。建筑物已選中。右擊查詢后的建筑物圖層，選擇[數(shù)據(jù)]→[導(dǎo)出數(shù)據(jù)]，打開工具對(duì)話框，完成設(shè)置，輸出不符合規(guī)范的建筑物。如圖12中，深色表示不符合規(guī)定的建筑。

(2)2019年3月16日-2019年6月20日

在完成抹面施工后要進(jìn)行水泥混凝土路面的表面橫向紋理處理和路面壓槽施工。壓槽施工中要做到對(duì)混凝土表面干濕度的有效把握，例如可采用現(xiàn)場(chǎng)用手試摁的方式進(jìn)行檢查。同時(shí)要在兩側(cè)模板位置上放置一根槽鋼，保證槽鋼位置平面朝下，凹面則要朝上，這是為壓紋機(jī)提供合理的過往軌道空間[3]。

2.3.2 地質(zhì)構(gòu)造

隧道直接小角度穿越區(qū)域性大斷裂——新華斷裂，由于新華斷裂的多期活動(dòng)性，斷面波狀起伏，斷層發(fā)育十分復(fù)雜。隧底隆起變形段落位于斷裂上盤影響帶，距主斷裂破碎帶較近，且發(fā)育次級(jí)斷層。施工揭示該段圍巖受地質(zhì)構(gòu)造影響，隱伏次級(jí)小褶曲發(fā)育，巖體節(jié)理總體較發(fā)育，節(jié)理一般密閉，局部結(jié)構(gòu)體間有錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象，圍巖整體較破碎，局部破碎較嚴(yán)重。

2.3.3 局部高地應(yīng)力及洞室群效應(yīng)

根據(jù)巖體中地應(yīng)力測(cè)試成果，斷層影響帶內(nèi)洞軸線與最大主應(yīng)力交角較大，且最大主應(yīng)力方向、仰角與巖層傾向、傾角基本一致，最大主應(yīng)力對(duì)薄層狀的軟質(zhì)頁巖段隧道邊墻巖體的穩(wěn)定相對(duì)不利。在較集中的洞室(正洞、平導(dǎo)、橫通道、變壓器洞室)開挖過程中，地應(yīng)力多次重分布，隧底臨空巖體在無支護(hù)或支護(hù)較弱條件下易發(fā)生剪切破壞失穩(wěn)，最終導(dǎo)致隧底隆起變形。

2.3.4 地下水重分布

盡管隧道開挖揭示頁巖段圍巖干燥，地下水不發(fā)育，但揭示可溶巖段地下水發(fā)育，且隧道縱向坡度設(shè)計(jì)排水是由上游可溶巖段經(jīng)下游頁巖段排出洞外，地下水的重分布將對(duì)頁巖段產(chǎn)生不利影響。

F3=-0.364X1+0.072X2+0.233X3+0.064X4+0.071X5+0.292X6+0.365X7+0.046X8-0.104X9+0.076X10+0.104X11

綜上所述，XS隧道穿越區(qū)域性新華斷裂，中部平導(dǎo)及相應(yīng)正洞位于斷裂上盤影響帶，該段隧道圍巖以薄層狀緩傾或近水平狀頁巖為主，圍巖質(zhì)較軟，較破 碎～破碎，地質(zhì)條件復(fù)雜，受水平構(gòu)造應(yīng)力和群洞效應(yīng)等因素影響，隧底圍巖易發(fā)生剪切破壞變形，是引起隧底隆起變形的主要原因。

3 數(shù)值模擬分析

3.1 計(jì)算模型、參數(shù)及工況

由于平導(dǎo)中線距離正洞左線線路中線僅為30 m，平導(dǎo)與正洞間實(shí)際凈距僅為20 m左右，局部高地應(yīng)力及洞群效應(yīng)可能對(duì)正洞產(chǎn)生較大影響。為分析平導(dǎo)底板開裂原因及為制定對(duì)應(yīng)正洞合理的工程措施提供參考，采用有限元軟件對(duì)原施工圖地質(zhì)工況和實(shí)測(cè)地應(yīng)力工況進(jìn)行數(shù)值模擬。模擬時(shí)采用有限差分軟件FLAC3D，計(jì)算工況如表2所示。

表2 數(shù)值模擬計(jì)算工況表

計(jì)算時(shí)，圍巖和填土采用莫爾-庫倫模型，初期支護(hù)選用實(shí)體單元模擬，二次襯砌采用shell單元模擬。

根據(jù)圣維南原理，對(duì)于地下洞室開挖后的應(yīng)力應(yīng)變，僅在洞室周圍距洞室中心點(diǎn)3～5倍隧道開挖寬度(或高度)的范圍內(nèi)存在實(shí)際影響，但考慮高地應(yīng)力作用，圍巖擾動(dòng)范圍較普通地層大，因此計(jì)算模型在隧道橫斷面邊界考慮大于5倍的隧道開挖洞徑。本文計(jì)算模型尺寸取為220 m(水平)×200 m(豎向)。計(jì)算模型的底面和兩側(cè)邊界條件采用位移邊界，限制其位移，模型頂面為自由面。計(jì)算參數(shù)如表3、表4所示。

表3 圍巖彈塑性模型參數(shù)取值表

表4 混凝土參數(shù)表

3.2 計(jì)算結(jié)果及分析

1.2.1 角膜生物力學(xué)分析儀 角膜生物力學(xué)測(cè)量分析儀（Corvis ST，型號(hào)：72100，德國Oculus公司）基于高頻Scheimpflug照相機(jī)對(duì)角膜形變過程進(jìn)行超高頻拍照，同時(shí)記錄角膜形變幅度圖、角膜壓平長度圖和角膜形變速率圖，可客觀地顯示角膜形變及回復(fù)過程，可獲得包括CCT、眼壓、最大變形幅度、最大壓陷曲率、2次壓平速度、時(shí)間、長度等多個(gè)角膜生物力學(xué)參數(shù)。

但當(dāng)無生名詞進(jìn)入間接及物語位置時(shí)，雙及物構(gòu)式就要對(duì)其進(jìn)行壓制，無生名詞就會(huì)變成有生名詞，否則所產(chǎn)生的句子就無法接受。例如：

3.2.1 原施工圖地質(zhì)

施工圖計(jì)算工況下，圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)變形、正洞初期支護(hù)及二次襯砌主應(yīng)力分部如圖6～圖8所示。

圖6 工況一原施工圖圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)位移云圖

圖7 工況一原施工圖正洞初期支護(hù)及二次襯砌最大主應(yīng)力圖(Pa)

圖8 工況一原施工圖正洞初期支護(hù)及二次襯砌最小主應(yīng)力圖

由圖6可以看出，施工圖地質(zhì)工況下隧道開挖后洞周收斂與拱頂沉降相差不大，拱頂最大沉降約37.4 mm，隧底隆起約29.7 mm，中巖柱側(cè)最大收斂約36.6 mm，遠(yuǎn)離中巖柱側(cè)最大收斂約33.0 mm，平導(dǎo)和正洞初期支護(hù)的周邊收斂和拱頂沉降均小于預(yù)留變形量，在可接受范圍內(nèi)。

為避免正洞因高地應(yīng)力影響結(jié)構(gòu)運(yùn)營安全，由于受地應(yīng)力影響，將頁巖地層隧底隆起變形段正洞斷面優(yōu)化調(diào)整，調(diào)整方式主要為加深仰拱63 cm，即仰拱曲率由原設(shè)計(jì)1∶17.21增大至1∶10，如圖13所示。

表5 工況一施工圖地質(zhì)條件結(jié)構(gòu)主應(yīng)力極值表

從表5可看出，平導(dǎo)、正洞初期支護(hù)及二次襯砌的最大、最小主應(yīng)力均未超過材料極限抗拉、抗壓強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)不會(huì)被破壞。

3.2.2 實(shí)測(cè)地應(yīng)力工況

實(shí)測(cè)地應(yīng)力計(jì)算工況下，圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)變形、正洞初期支護(hù)及二次襯砌主應(yīng)力分部如圖9～圖11所示。

圖9 工況一原施工圖圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)位移云圖

圖10 工況一實(shí)測(cè)地應(yīng)力正洞初期支護(hù)及二次襯砌最大主應(yīng)力圖

圖11 工況一實(shí)測(cè)地應(yīng)力正洞初期支護(hù)及二次襯砌最小主應(yīng)力圖

由圖9可以看出，拱頂最大沉降約52.0 mm，隧底隆起約21.9 mm，中巖柱側(cè)最大收斂約24.8 mm，遠(yuǎn)離中巖柱側(cè)最大收斂約20.4 mm，平導(dǎo)和正洞初期支護(hù)的周邊收斂和拱頂沉降均小于預(yù)留變形量，在可接受范圍內(nèi)。

由圖10、圖11可以看出，平導(dǎo)最大主應(yīng)力最大值主要分布在底板中部及靠近邊墻兩側(cè)，正洞初期支護(hù)最大主應(yīng)力最大值主要分布在邊墻平臺(tái)處，正洞二次襯砌最大主應(yīng)力主要分布在靠近抑拱中部的兩側(cè)；平導(dǎo)最小主應(yīng)力最大值主要分布在靠正洞側(cè)邊墻中部，正洞初期支護(hù)和二次襯砌最小主應(yīng)力最大值主要分布兩側(cè)邊墻中部。平導(dǎo)、正洞初期支護(hù)及二次襯砌的主應(yīng)力極值統(tǒng)計(jì)如表6所示。

表6 工況一實(shí)測(cè)地應(yīng)力條件結(jié)構(gòu)主應(yīng)力極值表

從表6可看出，平導(dǎo)最小主應(yīng)力超過了材料極限抗壓強(qiáng)度，正洞初期支護(hù)及二次襯砌最大主應(yīng)力超過極限抗拉強(qiáng)度，襯砌將開裂破壞。

工況二、工況三計(jì)算結(jié)果和工況一類似。通過數(shù)值模擬計(jì)算可得出結(jié)論，在XS隧道在原施工圖設(shè)計(jì)地質(zhì)及實(shí)測(cè)地應(yīng)力條件下，正洞支護(hù)結(jié)構(gòu)無法滿足結(jié)構(gòu)安全性要求，需進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化調(diào)整。

4 設(shè)計(jì)優(yōu)化

4.1 平導(dǎo)

4.1.1 線位調(diào)整

XS隧道原設(shè)計(jì)施工工法為Ⅲ級(jí)圍巖采用臺(tái)階法施工，Ⅳ級(jí)圍巖采用臺(tái)階法加臨時(shí)橫撐施工，Ⅴ級(jí)圍巖采用臺(tái)階法加臨時(shí)仰拱施工。根據(jù)全線開展的隧道機(jī)械化施工科研課題研究成果，機(jī)械化大斷面施工工法具有一次性快速開挖成型、一次性快速支護(hù)的優(yōu)勢(shì)，本隧道近水平狀頁巖地層段將施工工法調(diào)整為Ⅳ級(jí)圍巖采用全斷面帶仰拱施工工法、Ⅴ級(jí)圍巖采用微臺(tái)階同步掘進(jìn)施工工法，可在短時(shí)間內(nèi)完成隧道斷面范圍內(nèi)的全部開挖、支護(hù)工序，縮短初期支護(hù)封閉成環(huán)時(shí)間、成環(huán)距離，對(duì)局部高地應(yīng)力區(qū)隧道開挖后的變形控制極為有利。

圖12 平導(dǎo)線位調(diào)整布置圖

4.1.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

由于平導(dǎo)原設(shè)計(jì)設(shè)置直墻平底板，直墻體、平底板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化后相當(dāng)于是受彎的梁板式結(jié)構(gòu)，地應(yīng)力較高時(shí)引起結(jié)構(gòu)彎矩較大，從而引起結(jié)構(gòu)開裂破壞。因此，為避免結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力集中，對(duì)平導(dǎo)及橫通道進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。將平底板調(diào)整為弧形仰拱，部分段落將直墻調(diào)整為曲墻結(jié)構(gòu)，并考慮已開挖和未開挖段情況分別實(shí)施；同時(shí)將本段落的附屬洞室增設(shè)弧形仰拱結(jié)構(gòu)。平導(dǎo)優(yōu)化調(diào)整措施如表7所示。

表7 平導(dǎo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整表

4.2 正洞

4.2.1 襯砌內(nèi)輪廓

由圖7、圖8可以看出，施工圖地質(zhì)工況下隧道開挖后平導(dǎo)最大主應(yīng)力最大值主要分布在底板中部及靠近邊墻兩側(cè)，正洞初期支護(hù)和二次襯砌最大主應(yīng)力最大值主要分布在拱頂和仰拱中部；平導(dǎo)最小主應(yīng)力最大值主要分布在靠正洞側(cè)邊墻中部，正洞初期支護(hù)和二次襯砌最小主應(yīng)力最大值主要分布兩側(cè)邊墻中部。平導(dǎo)、正洞初期支護(hù)及二次襯砌襯的主應(yīng)力極值統(tǒng)計(jì)如表5所示。

圖13 正洞內(nèi)輪廓優(yōu)化調(diào)整斷面圖(cm)

以工況一為例進(jìn)行模擬計(jì)算，仰拱曲率調(diào)整后，在實(shí)測(cè)地應(yīng)力條件下，平導(dǎo)和正洞初支的周邊收斂和拱頂沉降均小于預(yù)留變形量，且平導(dǎo)、正洞支護(hù)、正洞二襯最大主應(yīng)力分別為0.62 MPa、1.14 MPa、0.08 MPa，均未超過材料極限抗拉強(qiáng)度，最小主應(yīng)力分別為18.3 MPa、12.9 MPa、17.2 MPa，均未超過材料極限抗壓強(qiáng)度，襯砌不會(huì)出現(xiàn)開裂破壞。

2018年9月2日-2019年3月16日，平導(dǎo)PDK 570+040～PDK 570+860段底板監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示該段隧底隆起變形最大值為144.1 mm，位于PDK 570+521處。2019年3月16日-2019年6月20日平導(dǎo)部分段落底板開裂上鼓，如圖3所示。

原施工圖設(shè)計(jì)的平導(dǎo)中線距離正洞左線線路中線間距為30 m，為緩解局部高地應(yīng)力條件下洞室群效應(yīng)對(duì)隧道變形影響，PDK 569+890～PDK 568+000段 1 890 m與左線線間距由30 m調(diào)整為45 m，其中 PDK 569+890～PDK 569+790段100 m為過渡段，1～6號(hào)橫通道長度發(fā)生調(diào)整，如圖12所示。

4.2.3 支護(hù)結(jié)構(gòu)

在行間清耕、間作小麥、自然生草3個(gè)處理分別選定500株蘋果幼樹。2015年7月調(diào)查當(dāng)年定值成活率；2016年春季進(jìn)行補(bǔ)栽，8月調(diào)查補(bǔ)栽成活率， 2017年4月調(diào)查越冬后成活率，統(tǒng)計(jì)總體成活率。

(1)主動(dòng)支護(hù)體系

采用傳統(tǒng)多臺(tái)階法施工，對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)的隧道初期支護(hù)實(shí)際上存在支護(hù)力提供較為滯后的問題，主要表現(xiàn)在組合中空錨桿錨固效果差、C25噴混凝土早期/終凝強(qiáng)度等級(jí)較低、鋼架整體承載力差等問題。

以工況一為例，分別分析在原施工圖地質(zhì)和實(shí)測(cè)地應(yīng)力條件下模擬計(jì)算結(jié)果。

結(jié)合本隧道高地應(yīng)力頁巖段施工工法優(yōu)化調(diào)整為機(jī)械化大斷面法后，考慮到一次性開挖成型后圍巖早期變形比傳統(tǒng)工法更快、更大，應(yīng)用本隧道科研成果，采用基于洞身主動(dòng)支護(hù)設(shè)計(jì)理念的“早高強(qiáng)噴射混凝土+先錨后注式系統(tǒng)錨桿+全環(huán)鋼架”主動(dòng)式初期支護(hù)體系。其中，早高強(qiáng)噴混凝土等級(jí)為C30及以上，24 h齡期強(qiáng)度不低于15 MPa；先錨后注式系統(tǒng)錨桿主要采用漲殼式低預(yù)應(yīng)力中空注漿錨桿，充分發(fā)揮大型鑿巖臺(tái)車施工優(yōu)勢(shì)，初始張拉力不低于4 t；采用全環(huán)鋼架，并減少鋼架單元接頭數(shù)量，提升鋼架整體承載能力。

(2)輔助支護(hù)措施

入冬了，來暖氣了?；叵肫鹨郧澳莻€(gè)零食不如現(xiàn)在豐富的年代，家里大人放在暖氣上烘烤的蘋果干、山楂干、地瓜干和胡蘿卜干等，就成了孩子們的零食。在暖氣旁邊玩邊吃，也成了多少人的童年回憶。其實(shí)除了它們，暖氣還能做出各種各樣好吃的。

高地應(yīng)力區(qū)隧道仰拱區(qū)域是結(jié)構(gòu)薄弱點(diǎn)，本隧道仰拱加深后，未進(jìn)一步防止正洞隧底隆起，于仰拱底增設(shè)地錨，設(shè)置于仰拱鋼架之間，每兩榀設(shè)置1環(huán)，采用9 m長φ32砂漿錨桿，環(huán)向間距2.5 m，每環(huán)5根，具體布置如圖14所示。仰拱初支噴射混凝土層增設(shè)φ8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距20 cm×20 cm。其次，Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖段襯砌主筋分別加強(qiáng)至φ22、φ25，初期支護(hù)鋼架分別加密至0.8 m、0.6 m。

前面談到的具象的幸福觀是池莉以人的不同角色來展現(xiàn)的幸福觀，這樣的幸福觀是被抽象的幸福觀所統(tǒng)領(lǐng)的。池莉的抽象幸福觀認(rèn)為承擔(dān)屬于自己的責(zé)任就是幸福。

圖14 仰拱地錨布置圖(cm)

4.2.4 地下水處理

經(jīng)開挖揭示，D1K 569+095～D1K 569+046為非可溶巖與可溶巖接觸帶(灰?guī)r頁巖互層)，根據(jù)隧道縱向坡度設(shè)計(jì)，上游可溶巖段地下水可能通過節(jié)理裂隙由隧道周邊向低高程端的隧底隆起變形處理段徑流，地下水重分布會(huì)對(duì)本段產(chǎn)生不利影響。

為防止地下水串流影響，于D1K 569+033、D1K 569+045段隧底設(shè)置2道止水隔墻，如圖15所示。隔墻深、寬均 1 m，采用仰拱襯砌同級(jí)別混凝土，與仰拱同時(shí)施作；D1K 569+024～D1K 569+060段隧底排水管加密設(shè)置，縱向盲溝間隔6 m設(shè)單向?qū)芤胨淼乐行臏?。采? m長φ42小導(dǎo)管對(duì)該接觸帶D1K 569+027～D1K 569+051段全環(huán)徑向注純水泥漿漿封堵，形成止水隔墻。

圖15 止水隔墻圖

5 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

為驗(yàn)證設(shè)計(jì)優(yōu)化措施的有效性，對(duì)圍巖壓力及支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)?？紤]到隧底變形情況，初期支護(hù)(圍巖)監(jiān)測(cè)采用3種方案，二襯襯砌采用一種方案，測(cè)點(diǎn)布置如圖16、圖17所示，監(jiān)測(cè)斷面布置如表8所示。

圖16 初期支護(hù)(圍巖)測(cè)點(diǎn)布置圖(m)

圖17 二次襯砌測(cè)點(diǎn)布置圖

表8 監(jiān)測(cè)斷面布置表

以D1K 570+810斷面隧底隆起變形監(jiān)測(cè)結(jié)果為例，時(shí)程曲線如圖18所示。仰拱最大隆起變形為3.86 mm，變形在前15 d隨時(shí)間增加變化較快，隨后變化較慢，第100 d后基本穩(wěn)定，表明隆起變形得到了有效控制。

圖18 D1K 570+810斷面仰拱中部隆起變形時(shí)程曲線圖

支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力監(jiān)測(cè)結(jié)果如表9所示。

表9 監(jiān)測(cè)斷面布置表

從實(shí)測(cè)內(nèi)力可以看出，優(yōu)化調(diào)整后相對(duì)于原設(shè)計(jì)圍巖壓力和噴混凝土應(yīng)力均有不同程度減小，二次襯砌安全系數(shù)均有不同程度增大。因此，上述襯砌內(nèi)輪廓調(diào)整、施工工法調(diào)整、主動(dòng)初期支護(hù)體系及地下水處理等一系列措施可起到較好的變形控制效果。

6 結(jié)論與建議

本文采用理論分析、數(shù)值計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試等手段，分析了XS隧道平導(dǎo)底部隆起變形成因并提出了相應(yīng)的調(diào)整優(yōu)化方案，得出以下結(jié)論：

(1)通過應(yīng)力解除法對(duì)XS隧道近水平狀頁巖層地應(yīng)力測(cè)試，圍巖強(qiáng)度應(yīng)力比為Rc/σmax=4.78，結(jié)合揭示巖性，圍巖初始地應(yīng)力場(chǎng)狀態(tài)屬于高地應(yīng)力；根據(jù)膨脹性測(cè)試結(jié)果顯示為非膨脹巖。引起平導(dǎo)隧底隆起變形是否與地應(yīng)力存在直接關(guān)系，綜合各階段隧底變形特征，結(jié)合地質(zhì)情況，隆起變形原因主要為地層巖性軟弱、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、局部高地應(yīng)力及洞室群效應(yīng)影響、地下水重分布影響4+個(gè)方面。

(2)基于實(shí)測(cè)地應(yīng)力，原設(shè)計(jì)二次襯砌數(shù)值計(jì)算的混凝土應(yīng)力值超過材料強(qiáng)度，但根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示二次襯砌依然處于安全狀態(tài)，表明模擬計(jì)算的指導(dǎo)性與實(shí)際仍然存在一定差異。

(3)采用平導(dǎo)線位與結(jié)構(gòu)調(diào)整、正洞工法優(yōu)化、內(nèi)輪廓優(yōu)化、支護(hù)體系優(yōu)化及地下水處理措施后，變形監(jiān)測(cè)及應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，優(yōu)化調(diào)整措施控制了變形繼續(xù)發(fā)展，并進(jìn)一步提升了支護(hù)結(jié)構(gòu)安全冗余系數(shù)。

單元信息的關(guān)聯(lián)也可分為基于主題的內(nèi)容關(guān)聯(lián)和基于特征的外部關(guān)聯(lián)兩種。其中，單元信息的內(nèi)容關(guān)聯(lián)主要通過主題標(biāo)注實(shí)現(xiàn)。主題詞是規(guī)范化的詞語，能夠揭示出單元信息所屬的學(xué)科領(lǐng)域，代表文獻(xiàn)的核心內(nèi)容。主題詞鏈接到單元信息庫中以該詞為關(guān)鍵詞的單元信息和來源文獻(xiàn)，可以利用主題詞之間的關(guān)聯(lián)揭示內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)，挖掘知識(shí)間的隱性關(guān)聯(lián)關(guān)系。單元信息的外部關(guān)聯(lián)如相同名稱、相同主題、相同來源的單元信息，以及與來源文獻(xiàn)的關(guān)聯(lián)。本體法適合于知識(shí)內(nèi)部關(guān)聯(lián)的組織，通過豐富的詞及詞間關(guān)系實(shí)現(xiàn)單元信息的內(nèi)容關(guān)聯(lián)；關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)適合于知識(shí)外部關(guān)聯(lián)的組織，通過RDF和URI對(duì)信息資源進(jìn)行描述和定位，實(shí)現(xiàn)任何單元信息的外部關(guān)聯(lián)。

隧道工程設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)在特殊地質(zhì)環(huán)境中的適應(yīng)性，如在薄層狀緩傾頁巖地層，采用部頒通用圖襯砌形式及支護(hù)參數(shù)無法完全保證隧道絕對(duì)安全，在未來其他類似地層中修建隧道應(yīng)在設(shè)計(jì)階段適當(dāng)考慮地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性等因素進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)。如采用倒拱式結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)為軌道結(jié)構(gòu)與隧道仰拱結(jié)構(gòu)分離形式，使仰拱變形與軌道結(jié)構(gòu)之間互不干擾，避免對(duì)行車安全造成影響。同時(shí)，高速鐵路無砟軌道精度要求極高，對(duì)隧道底部變形具有極強(qiáng)的敏感性特性，但隧道土建施工實(shí)際上難以做到與之相匹配的精度，兩者精度要求有著數(shù)量級(jí)的差異，如何處理這一矛盾，需進(jìn)一步研究。