【摘要】：采用ANSYS非線性接觸分析方法,考慮層理效應(yīng)并應(yīng)用于重慶四面山隧道V級(jí)砂泥互層段進(jìn)行圍巖穩(wěn)定性分析及初期支護(hù)優(yōu)化.研究表明:隧道開挖后拱頂下沉值為水平收斂值1.5~2.0倍,拱肩處錨桿受力較拱頂處大,拱腰及拱腳處錨桿幾乎不受力;根據(jù)水平軟硬互層隧道開挖后圍巖變形及支護(hù)受力特點(diǎn),優(yōu)化錨桿支護(hù),得出砂泥互層施工段可將與巖層夾角小于35°范圍的錨桿取消.在原有方案及優(yōu)化方案施工段進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,結(jié)果顯示模擬及優(yōu)化數(shù)值與測(cè)試值基本符合.研究成果可在類似隧道施工中推廣應(yīng)用.
【圖文】：

平方向豎直方向未考慮層理２．１１４８．００考慮層理３．２２５１．３０２．２層理變形分析在隧道開挖前后，層理自身位移場(chǎng)也發(fā)生了變化．如圖２（ａ）和（ｂ）中，開挖前層理在地應(yīng)力作用下最大滑移量為０．０１６９ｍｍ，隧道開挖后層理最大滑移量為０．２６７ｍｍ，為開挖前的１５．８倍，變化明顯．圖３（ａ）和（ｂ）中，開挖前層理最大剝離量為０．０９２６ｍｍ，開挖后最大剝離量為０．９３８ｍｍ，為開挖前的１０．１倍，變化相對(duì)較小，層理滑圖２開挖前后層理位移場(chǎng)變化圖３開挖前后層理黏結(jié)剝離（色標(biāo)單位：ｍｍ）移較黏結(jié)剝離更易受隧道開挖影響．隧道開挖后，層理位移場(chǎng)最大值均出現(xiàn)在隧道開挖區(qū)域附近，這是因?yàn)樗淼篱_挖使得隧道附近巖體層間受應(yīng)力重分布影響最大，離隧道開挖區(qū)域越遠(yuǎn)，層理的位移場(chǎng)受隧道開挖變形影響越小．可見隧道開挖過(guò)程中由于層理的存在，導(dǎo)致了周邊圍巖層間錯(cuò)動(dòng)和變形擠出等破壞現(xiàn)象發(fā)生［１５］．２．３圍巖位移場(chǎng)分析采用非線性接觸分析方法，考慮軟硬互層圍巖層理效應(yīng)，對(duì)四面山隧道Ｖ級(jí)砂泥互層段開挖圍巖變形及初期支護(hù)受力進(jìn)行分析．隧道開挖位移場(chǎng)模擬結(jié)果如圖４所示，隧道水平方向最大位移為３．２２ｍｍ，發(fā)生在拱腰與拱腳處．隧道開挖后水平收斂值為６．４２ｍｍ，拱頂最大沉降量為１１．３３ｍｍ，拱底由于隧道開挖產(chǎn)生底鼓，位移為正值，底鼓最大量為８．２５ｍｍ．可見：在軟硬互層圍巖中進(jìn)行隧道施工，水平收斂值較小，而拱頂下沉量更大．隧道開挖后應(yīng)力場(chǎng)變化結(jié)果如圖５所示，最大主應(yīng)力最大值為１．８４ＭＰａ，出現(xiàn)在拱底處；最小

圖４隧道開挖位移場(chǎng)（色標(biāo)單位：ｍｍ）圖５隧道開挖應(yīng)力場(chǎng)（色標(biāo)單位：ＭＰａ）軸力最大值為２８１０ｋＮ，出現(xiàn)在拱肩處．對(duì)應(yīng)襯砌所受最大壓應(yīng)力為９．８ＭＰａ，最大拉應(yīng)力為０．９ＭＰａ．Ｃ２０噴襯的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為１１．０ＭＰａ，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為１．１ＭＰａ．可見：襯砌受力處于正常范圍．圖６襯砌軸力圖（色標(biāo)單位：ＭＮ）錨桿所受軸力分布如圖７所示，錨桿受力分布對(duì)稱．錨桿近端受力大，遠(yuǎn)端受力相對(duì)更�。硗�，隧道拱肩處錨桿軸力最大，且大于拱頂處錨桿圖７錨桿軸力分布圖（色標(biāo)單位：ｋＮ）軸力，最大值為９７．６ｋＮ．拱腰處錨桿受力相對(duì)更小，支護(hù)作用效果很小，最小值為１７ｋＮ．由于拱腳處錨桿受到了土體向下的摩擦阻力，因此該部位錨桿受壓，壓力最大值為１９ｋＮ，數(shù)值較小．錨桿最大拉應(yīng)力為７３．７ＭＰａ，，鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為１３０ＭＰａ，錨桿受力在正常范圍．可見：Ｖ級(jí)砂泥互層隧道開挖后圍巖變形及應(yīng)力穩(wěn)定，初期支護(hù)受力滿足要求．３錨桿支護(hù)優(yōu)化結(jié)果分析由上述分析得出：隧道水平收斂數(shù)值較小，且拱腰及拱腳處錨桿支護(hù)作用很小，目前采取的錨桿支護(hù)方式偏保守．結(jié)合水平軟硬互層圍巖特點(diǎn)，進(jìn)一步對(duì)隧道相應(yīng)位置的錨桿數(shù)量進(jìn)行優(yōu)化，觀察襯砌及錨桿結(jié)構(gòu)整體的受力變化．錨桿與巖層夾角（θ）對(duì)襯砌及錨桿最大軸力（Ｆｃ和Ｆｍ）影響如圖８所示．結(jié)果顯示：當(dāng)把與巖層夾角小于４０°的錨桿全部取消以后，襯砌及錨桿的最大軸力數(shù)值均發(fā)生了突變，且襯砌最大軸力達(dá)３１３０ｋＮ，對(duì)應(yīng)壓應(yīng)力為１１．７ＭＰａ，超出了Ｃ２０噴射混凝土本

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