大風(fēng)埡口巖石公路隧道圍巖及初期支護(hù)變形與內(nèi)力研究_圖文

1、第 23卷 第 1期 巖石力學(xué)與工程學(xué)報 23(1:4452 2004年 1月 Chinese Journal of Rock Mechanics and EngineeringJan. , 2004大風(fēng)埡口巖石公路隧道圍巖及初期支護(hù)變形 與內(nèi)力研究黃宏偉 徐 凌(同濟(jì)大學(xué)地下建筑與工程系 上海 200092摘要 按“新奧法”施工的云南大風(fēng)埡口隧道全長約 3 300 m,為上、下行分離的雙洞單向行車雙車道,屬于長、 大巖石公路隧道。通過現(xiàn)場施工量測,在分析了收斂位移、拱頂位移、圍巖內(nèi)部位移及鋼支撐內(nèi)力等大量實(shí)測數(shù) 據(jù)的基礎(chǔ)上,研究了圍巖及初期支護(hù)的變形包括巖石蠕變變形、內(nèi)力隨開挖進(jìn)度及時間變化

2、的規(guī)律,討論了上、 下臺階開挖對圍巖的影響。研究結(jié)論可望為巖石公路隧道施工提供一定的指導(dǎo)。關(guān)鍵詞 隧道工程,長、大公路隧道,施工監(jiān)測,初期支護(hù),變形與內(nèi)力分類號 U 45 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1000-6915(200401-0044-09STUDY ON DEFORMATION AND INTERNAL FORCE OF SURROUNDING ROCKS AND INITIAL SUPPORT IN DAFENGYAKOU ROCK ROAD TUNNELHuang Hongwei, Xu Ling(Deptartment of Geotech. Engng . , Tongji U

3、niversity, Shanghai 200092 China Abstract The long rock road tunnel named Dafengyakou in Yunnan province, a one-way and double lane tunnel with disjunctive up and down lines, is constructed by NATM. The tunnel is about 3 300 m long. After analyzing the monitoring data, such as the convergence, crown

4、 displacement, internal displacement, internal force of the initial support, the laws for the changes of the internal force and deformation of the surrounding rocks and initial support including the creep of rock with time and excavation are studied. The creep deformation of sandstone in this tunnel

5、 is found to be agreement with the formula put forward by Evans. In the excavation of top and bottom bench , there is a simple linear relationship between the internal displacement of surrounding rocks and the radial distance to the inside of tunnel. During the excavation of top bench, there is also

6、 a linear relationship between the displacement rate and the logarithmic value of the distance between the face of top bench and the measured section. It is also shown that the disturbance of excavation of top bench on surrounding rocks is larger than that of bottom bench. The measured contact press

7、ure between the initial lining and surrounding rocks at the crown is smaller than the calculated data by Chinese road tunnel code. The relationship between the internal force after the excavation of top bench and the reciprocal value of the distance between the face and section satisfies the exponen

8、tial rule. All the obtained conclusions can guide the construction of the rock road tunnel.Key words tunnel engineering , long road tunnel, construction monitoring, initial support, deformation and internal force2002年 2月 19日收到初稿, 2002年 4月 13日收到修改稿。作者 黃宏偉 簡介:男, 36歲, 1993年于同濟(jì)大學(xué)獲結(jié)構(gòu)工程博士學(xué)位,現(xiàn)任教授、博士生導(dǎo)師,主要從

9、事地下結(jié)構(gòu)與巖土工程的研究。 E-mail : huanghw。第 23卷 第 1期 黃宏偉等 . 大風(fēng)埡口巖石公路隧道圍巖及初期支護(hù)變形與內(nèi)力研究 45·1 工程概況為了更好地開發(fā)西部,開發(fā)云南,創(chuàng)造更好的 投資環(huán)境,云南已在建或?qū)⒔ǘ鄺l高速公路。如目 前正在修建的元磨高速公路,為昆 (明 曼 (谷 國際 公路的重要組成部分, 全長 147.23 km, 四車道。 大 風(fēng)埡口隧道是元磨高速公路控制性工程,全長約 3 300 m,最大埋深 300 m以上,是目前國內(nèi)較長的 公路隧道之一。采用上、下行分離的雙洞單向行車 雙車道,上行線樁號為 K253+885K257+185;下 行線樁

10、號為 K253+883K257+180。圖 1為下行線 沿線的工程地質(zhì)剖面。隧道圍巖類別主要為,及類,表層強(qiáng)風(fēng) 化破碎,以第四系殘積坡層為主。圍巖賦存兩個與 隧 道 縱 向 相 交 的 斷 層 帶 (下 行 線 :K254+702K254+959, K256+055K256+194; 上 行 線 :K254+860K254+936, K255+926K256+143, 長 3090 km不等,沿斷裂帶常見片理巖、糜棱巖、 碎裂巖、擠壓角礫巖及巖石破碎帶等,并有超基性 巖漿侵入,斷面多傾向北東,局部傾角 45°,為壓 扭性構(gòu)造。隧道基本上出露灰黑、深黑色板巖,炭 質(zhì)板巖,表層強(qiáng)風(fēng)化破碎

11、,圍巖范圍內(nèi)板巖基本上 呈現(xiàn)弱風(fēng)化碎塊狀或大塊狀,節(jié)理裂隙發(fā)育,不均 勻風(fēng)化。隧道毛洞高 10.36 m,寬 12.58 m,設(shè)計隧道凈 高 7.2 m,凈寬 10.9 m。隧道施工采用“新奧法” 。 支護(hù)采用復(fù)合襯砌支護(hù),其中初期支護(hù)采用錨噴加 I16工字鋼或格柵鋼拱架,拱架縱向間距平均為 1 m; 采用鋼纖維噴射混凝土, 掛鋼筋網(wǎng), 錨桿長度 為 34 m。二次襯砌為鋼筋混凝土襯砌。開挖方式 為上、 下臺階分部開挖, 其中上臺階高度為 6.29 m, 下臺階高度為 4.07 m。2 主要監(jiān)測內(nèi)容與方法2.1 監(jiān)測內(nèi)容本工程監(jiān)測內(nèi)容主要設(shè)置了收斂位移、拱頂位 移、圍巖內(nèi)部位移、接觸壓力與鋼支

12、撐內(nèi)力等常規(guī) 性的量測項目。 2.2 斷面布置布置 16個量測主斷面, 主要位于大斷層處, 圍 巖類別變化處,典型圍巖類別處,地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、 突變處。2.3 測點(diǎn)埋設(shè)及量測方法(1 收斂位移。在量測斷面埋設(shè) 5個測點(diǎn),形 成 6條測線。其中,上臺階開挖后在拱頂、左側(cè)、 右側(cè)各埋設(shè) 1個測點(diǎn),組成 1條水平測線和 2條斜 測線 (參見圖 2 ; 下臺階開挖過后在側(cè)墻偏下左、 右 側(cè)再各埋設(shè)一個測點(diǎn),與原先上臺階開挖后已在拱 頂處埋設(shè)的測點(diǎn)又組成一條水平測線和兩條斜測 線。所設(shè)測點(diǎn)均采用收斂計量測。(2 拱頂位移。 在量測斷面的拱頂中心及隧道兩 側(cè)距中心 0.5 m范圍各設(shè)一個測點(diǎn),先用小型鉆機(jī)

13、在待測部位成孔, 埋設(shè)掛鉤, 在掛鉤上貼好反光片, 用全站儀進(jìn)行量測。(3 圍巖內(nèi)部位移。多點(diǎn)位移采用 4點(diǎn)機(jī)械式 鉆孔伸長計進(jìn)行量測,上臺階開挖后在每一量測斷 面的拱頂、左側(cè)、右側(cè)各布設(shè) 1組測點(diǎn);下臺階開 挖后在左、右側(cè)再各布設(shè)一個測點(diǎn),一個量測斷面 5組測點(diǎn),采用游標(biāo)卡尺量測。(4 接觸壓力。在量測斷面拱頂及兩側(cè)埋設(shè)鋼 弦式壓力盒,每個量測斷面共布置 5個測點(diǎn),其中 上臺階開挖后在拱頂、左側(cè)、右側(cè)各埋設(shè)一個壓力 盒; 下臺階開挖后在左側(cè)、 右側(cè)各埋設(shè)一個壓力盒。 采用頻率計量測,再由率定公式確定接觸壓力值。圖 1 大風(fēng)埡口隧道下行線地質(zhì)剖面圖Fig.1 Geological profil

14、e of the down line in Dafengyakou TunnelH / m 46 巖石力學(xué)與工程學(xué)報 2004年 圖 2 收斂位移 -時間曲線Fig.2 Curves of convergence displacement versus time(5 鋼支撐內(nèi)力。此類測點(diǎn)基本和壓力盒布設(shè) 在同一量測斷面上。每架鋼支撐布設(shè) 5組鋼筋應(yīng)力 計,分別沿鋼支撐的內(nèi)外邊緣成對布設(shè),其中,上 臺階開挖后在拱頂、 左側(cè)、 右側(cè)各布設(shè)一組鋼筋計; 下臺階開挖后在左側(cè)、右側(cè)也各布設(shè)一組鋼筋計。 采用頻率計量測,再根據(jù)率定公式確定內(nèi)力。3 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析在監(jiān)測資料的分析上國內(nèi)外學(xué)者已進(jìn)行了大量 的工

15、作,文 13曾詳細(xì)介紹了“新奧法”量測及 數(shù)據(jù)處理的基本方法,文 46則通過具體的隧道 工程分析了施工監(jiān)測數(shù)據(jù),取得了一些成果。本文 將通過對大量實(shí)測資料的分析,研究圍巖及初期支 護(hù)變形與內(nèi)力的變化。文中對各量測物理量符號作了統(tǒng)一的規(guī)定:“ +”表示拱頂位移方向向下、圍巖位移方向朝向 隧道內(nèi)壁、初襯受壓、鋼拱架鋼筋受拉、上、下臺 階掌子面在量測斷面前方; “-” 表示拱頂位移方向 向上、圍巖位移方向指向巖層內(nèi)部、初襯受拉、鋼 拱架鋼筋受壓、下臺階掌子面在量測斷面后方。 3.1 收斂變形斷面位于隧道下行線 K254+740處,主要圍巖 類型為砂巖,屬于類圍巖。由于受施工影響,上 臺階掌子面開挖過

16、 29 m后才布置收斂變形量測斷 面,圖 2為該量測斷面上臺階開挖 29107 m的 收斂變形曲線,量測時間共 45 d。 3.1.1 收斂變形量測結(jié)果在上臺階開挖 29107 m的過程中,收斂量在 3 mm以內(nèi),說明在上臺階開挖過 29 m時,圍巖的 大部分應(yīng)力已經(jīng)釋放,圍巖的位移大部分已發(fā)生。 水平測線 AC 數(shù)值最大,表明隧道側(cè)壓力比豎直壓 力大; 測線 AB 數(shù)值居次, 測線 BC 數(shù)值最小且穩(wěn)定 后幾乎為 0,表明隧道左側(cè)壓力比右側(cè)壓力大,其 中的主要原因可能是隧道左側(cè)成拱效應(yīng)比右側(cè)成拱 效應(yīng)差,因此隧道左側(cè)受到更大的圍巖壓力。 3.1.2 收斂變形的變化規(guī)律通過對各測線數(shù)據(jù)的擬合

17、(見圖 2 ,可知各測 線位移與時間的關(guān)系符合以下的指數(shù)規(guī)律:tba u ×=e (1式中:u 為收斂位移 (mm; t 為時間 (d; e 為自然對 數(shù); a , b 均為>0的常數(shù)。 3.1.3 蠕變分析隧道變形大都是“時、空效應(yīng)”共同作用的結(jié) 果。開挖過程中,掌子面附近的空間效應(yīng)起主要作 用;在開挖停止或距開挖面足夠距離后,圍巖的蠕 變起主要作用 7。該斷面圍巖的蠕變表現(xiàn)得較為明 顯,最明顯的是水平線 AC ,上臺階掌子面經(jīng)過量 測斷面 30 m后,基本處于停止階段,故變形可認(rèn) 為是圍巖的蠕變變形。而這部分蠕變變形相當(dāng)大, 蠕變變形最終值 (第 13 d1.98 mm是最

18、大變形 2.4 mm 的 82.5%(見圖 3 。巖石隨時間的蠕變變形持續(xù) 了 13 d,可分為 2個階段,第 16 d為蠕變的第一 階段即 “初期蠕變” , 這一階段中圍巖的應(yīng)變速率逐 漸減小;第 713 d為蠕變的第二階段即“穩(wěn)態(tài)蠕 變” ,這一階段中圍巖的應(yīng)變速率基本不變。-2-11231020304050時間 / d收 斂 位 移 / m mABC第 23卷 第 1期 黃宏偉等 . 大風(fēng)埡口巖石公路隧道圍巖及初期支護(hù)變形與內(nèi)力研究 47· 圖 3 蠕變 -時間曲線 Fig.3 Curve of creep versus time文 8曾在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了砂巖蠕變公式e 1(

19、4. 01bt a =,用該公式擬合現(xiàn)場實(shí)測的 AC 線蠕變數(shù)據(jù)如圖 3所示, 其中, 擬合公式為 =0.109 12×(4. 09 002. 11e 1t , 該 擬 合 曲 線 與 實(shí) 測 數(shù) 據(jù) 相 當(dāng)吻合,說明該斷面砂巖的蠕變規(guī)律符合伊文思提出 的公式。需要一提的是該斷面圍巖處于蠕變狀態(tài)的 時間僅為 13 d,盡管實(shí)測的資料較少,但反映出的 規(guī)律與室內(nèi)蠕變實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。 3.2 拱頂位移圖 4為上臺階開挖后典型斷面拱頂實(shí)測位移 曲線,該斷面位于下行線 K256+169處,斷面圍巖 主要為炭質(zhì)板巖,屬于類圍巖,圍巖較破碎。3.2.1 拱頂位移變化規(guī)律通過對 G 1, G 2,

20、G 3數(shù)據(jù)擬合 (圖 4 ,可知 G 1, G 2, G 3三點(diǎn)的位移均符合下式:2tb ea u ×= (2式中:u 為拱頂位移 (mm; t 為時間 (d; e 為自然 對數(shù); a , b 均為>0的常數(shù)3.2.2 圍巖穩(wěn)定性分析由于 G 1, G 2, G 3三點(diǎn)位移滿足同樣的表達(dá)式, 且三點(diǎn)位移基本接近, 則可取拱頂中心處 G 2點(diǎn)進(jìn)行 分析。 G 2點(diǎn)處拱頂位移的擬合曲線為46. 7e83. 28t u ×=位移速率的擬合曲線為346. 7e 14. 430d d tt u t×=位移速率隨時間的變化率的擬合曲線為46. 74622e42. 290

21、 169. 417 6d d t t t t u ×=因此可以得到:(1 最終位移 =u 28.83 mm,該值較大,這主 要是由于該斷面所處圍巖比較破碎,且節(jié)理裂隙較 發(fā)育。但在第 6 d位移即減少為 23.43 mm,已達(dá)到 最終位移的 81%,這說明圍巖很快趨于穩(wěn)定。(2 當(dāng) =t 16 d時,位移速率為 0.1 mm/d,以后 隨著時間 t 的增長,位移速率將越來越小。(3 通過分析位移速率隨時間的變化率,有 =逐漸穩(wěn)定 ,位移速率減小,圍巖 ><,位移速率達(dá)到最大值 不穩(wěn)定 ,位移速率增大,圍巖 <23. 2 0d d 23. 2 0d d 23. 2 0

22、d d 222222t t ut t u t t u(3由此可以看到隨著時間的推移 (3 d以后 , 圍巖基本趨于穩(wěn)定。 圖 4 拱頂位移 -時間曲線Fig.4 Curves of crown displacement versus time0.000.020.040.060.080.1002468101214時間 / d應(yīng) 變 值G 20510152025303502468101214時間 / d位 移 u / m m 48 巖石力學(xué)與工程學(xué)報 2004年3.3 圍巖內(nèi)部位移選取的典型斷面位于上行線 K254+530處,該 斷面圍巖類型為砂巖,屬于類圍巖。3.3.1 圍巖位移速率隨隧道開挖進(jìn)

23、尺的變化圖 5(A , B , C 為離洞壁徑向距離 1, 2, 3 m處 的 3點(diǎn) 為圍巖位移速率隨上臺階掌子面進(jìn)尺的變 化,由圖可以看出:(1 上臺階開挖時, A , B , C 處圍巖位移速率 同上臺階掌子面與斷面間距離的關(guān)系符合下式:b L a tu+×= ln(d d (4 式中:tud d 為位移速率 (mm/d; L 為上臺階掌子面 圖 5 位移速率與上臺階掌子面至量測斷面距離的關(guān)系曲線Fig.5 Relationship curves of displacement rate versusdistance between the face of top bench a

24、nd the measured section因此圍巖位移速率與上臺階開挖掌子面至斷面 距離的對數(shù)值成線性關(guān)系,其中系數(shù) a 體現(xiàn)了距離 對位移速率的影響程度。(2 在擬合公式 (4中, A , B , C 三處擬合結(jié)果 的 a 值依次減小。說明上臺階開挖對點(diǎn) A 處圍巖位 移速率影響最大,對點(diǎn) B 處次之,對點(diǎn) C 處最小, 因此上臺階開挖對圍巖位移速率的影響隨著圍巖深 度的增大而減小。(3 由擬合曲線可知,在上臺階開挖掌子面與 斷面間的距離超過 50 m之后, A , B , C 三點(diǎn)處位 移速率已經(jīng)接近 0, 說明相距 50 m后, 上臺階開挖 對斷面的影響已經(jīng)很小。(4 圖中,點(diǎn) A

25、處數(shù)據(jù)顯得雜亂無章,擬合結(jié)果的誤差也最大。其原因在于點(diǎn) A 處最靠近臨空 面,受施工干擾影響最大,因此數(shù)據(jù)比較離散,很 難用簡單的公式進(jìn)行擬合。通過圖 6對圍巖位移速率與下臺階掌子面進(jìn)尺 關(guān)系的分析,可以得到以下幾個規(guī)律:(1 下臺階開挖時, A , B , C 三處圍巖位移速 率同下臺階開挖掌子面與斷面間距離的關(guān)系符合簡 單的線性關(guān)系:b L a tu+×=d d (5 式中:tud d 為位移速率 (mm/d; L 為下臺階掌子面 至斷面的距離 (m; a , b 均為>0的常數(shù)。圖 6 位移速率與下臺階掌子面至量測斷面距離的關(guān)系曲線Fig.6 Relationship c

26、urves of displacement rate versusdistance between the face of bottom bench and the measured section(2 圖 6中,點(diǎn) A 處擬合結(jié)果的誤差最大,而 B , C 兩點(diǎn)處擬合結(jié)果的誤差較小,原因在于點(diǎn) A 處最靠近臨空面,受施工干擾影響最大,因此數(shù)據(jù) 比較離散。取擬合誤差較小的點(diǎn) B 處的擬合結(jié)果,分別計 算上臺階掌子面在斷面前方 550 m及下臺階掌子 面在斷面后方 535 m時 B 點(diǎn)處圍巖位移速率 (見圖7 。 由該圖可知, 上臺階開挖時圍巖位移速率較大, 下臺階開挖時圍巖位移速率較小;隨著掌

27、子面與斷 面間距離的增大,圍巖位移速率逐漸減小,當(dāng)上臺 階掌子面在斷面前方 50 m時,圍巖位移速率才接 近于 0, 而下臺階掌子面在斷面后方 30 m時, 圍巖 位移速率接近于 0。當(dāng)上臺階掌子面在斷面前方-0.500.000.501.001.502.002.50位 移 速 率 / m m ·d-1 黃宏偉等 . 大風(fēng)埡口巖石公路隧道圍巖及初期支護(hù)變形與內(nèi)力研究 51·20 m時,圍巖位移速率為 0.64 mm/d;下臺階掌子面在斷面后方 20 m時,圍巖位移速率為 0.066mm/d,前者約為后者的 10倍。因此從目前的監(jiān)測數(shù)據(jù)看,針對本工程,上臺階開挖對圍巖位移的影響

28、大于下臺階開挖的影響,即上臺階開挖對圍巖的擾動大于下臺階開挖對圍巖的擾動。圖 7 位移速率與掌子面與斷面間距離的關(guān)系曲線Fig.7 Relationship curve of displacement rate versus thedistance between the face and the section3.3.2 圍巖位移沿隧道徑向的變化圖 8, 9分別表示了上、 下臺階開挖各自使圍巖內(nèi)部產(chǎn)生的位移在隧道斷面徑向的變化曲線?？梢钥吹?(1 圍巖內(nèi)部各點(diǎn)位移 u 與其到洞壁的徑向距離 x 大致滿足baxu +=(6式中:u 為圍巖內(nèi)部各點(diǎn)的位移 (mm; x 為各點(diǎn)至洞壁的徑向距離 (

29、m; a , b 均為>0的常數(shù)。圖 8 上臺階開挖產(chǎn)生位移隨深度變化曲線 (s 1, s 2, s 3分別表示上臺階開挖掌子面在斷面前方 33, 42, 44 mFig.8 Relationship curves of displacement caused byexcavation of top bench with depth圖 9 下臺階開挖產(chǎn)生位移隨深度變化曲線 (x 1, x 2, x 3分別 表示下臺階開挖掌子面在斷面后方 12, 25, 30 m Fig.9 Relationship curves of displacement caused by excavation

30、of bottom bench with depth(2 隨著與洞壁間徑向距離的增大,圍巖位移 逐漸減小,說明隧道開挖對圍巖的影響隨著圍巖與 洞壁間徑向距離的增大而減小。(3 由圖可知,在同一徑向距離處,上臺階開 挖使圍巖產(chǎn)生的位移遠(yuǎn)大于下臺階開挖使圍巖產(chǎn)生 的位移,并且上臺階開挖使圍巖產(chǎn)生位移的區(qū)域遠(yuǎn) 大于下臺階開挖使圍巖產(chǎn)生位移的區(qū)域。因此從目 前的監(jiān)測數(shù)據(jù)看,針對本工程,上臺階開挖對圍巖 內(nèi)部的擾動遠(yuǎn)大于下臺階開挖對圍巖內(nèi)部的擾動。 3.4接觸壓力所選取的典型監(jiān)測斷面位于下行線 K254+665處,主要的圍巖類型為泥巖,屬于類圍巖。從圖 10可以看出,上臺階開挖過后, 在掌子面與斷面間

31、距離小于 40 m時,圍巖與初襯間的接觸壓力基本 上在減小,且變化較大;距離超過 40 m后,接觸 壓力的變化趨緩;在下臺階掌子面位于斷面后面 50 m以遠(yuǎn)時, 接觸壓力值又開始迅速增大; 一直到 下臺階掌子面在斷面前面 50 m時,接觸壓力才重 新趨于穩(wěn)定,此時的接觸壓力比上臺階開挖過后的 數(shù)值有較大增長。下臺階開挖過后,左側(cè)接觸壓力穩(wěn)定后約為 0.08 MPa,而右側(cè)的接觸壓力穩(wěn)定后約為 0.008 MPa ,即左側(cè)的接觸壓力值遠(yuǎn)大于右側(cè)的值。其原 因主要是隧道左側(cè)圍巖較為破碎,成拱效應(yīng)差,產(chǎn) 生的圍巖壓力大于右側(cè)圍巖壓力。下臺階開挖后,圍巖與初襯間的接觸壓力基本 在 0.1 MPa以內(nèi),

32、結(jié)構(gòu)較安全。通過現(xiàn)場量測發(fā)現(xiàn),拱頂處圍巖與初襯間實(shí)測 下臺階掌子面至量測斷面的距離 / m2.02.53.03.54.04.50123456789徑向深度 x / m圍巖位移u/mm-0.2-0.10.00.10.20.30.40123461徑向深度 x / m圍巖位移u/mm第 23卷 第 1期 黃宏偉等 . 大風(fēng)埡口巖石公路隧道圍巖及初期支護(hù)變形與內(nèi)力研究 49· 52 巖石力學(xué)與工程學(xué)報 2004年的接觸壓力值均比按規(guī)范公式 9計算的值小 (表 1 , 實(shí)測的壓力值只是規(guī)范值的 50%左右。規(guī)范公式是 按照荷載結(jié)構(gòu)法根據(jù)圍巖類別結(jié)合經(jīng)驗(yàn)確定的,而 實(shí)測值是圍巖實(shí)際作用在襯砌支護(hù)

33、上的壓力值,其 計算方法為地層結(jié)構(gòu)法。實(shí)測值比按規(guī)范公式計算 的值小,表明圍巖具有足夠的支撐作用,分擔(dān)了部 分圍巖壓力,同時也說明了以荷載結(jié)構(gòu)法為基礎(chǔ)的 規(guī)范公式不適于本工程。 3.5 鋼支撐內(nèi)力所選取的典型斷面位于下行線 K254+660處, 主要圍巖類型為泥巖,屬于類圍巖。量測目的是 獲取初期支護(hù)中鋼支撐內(nèi)、外側(cè)的內(nèi)力變化數(shù)據(jù)。3.5.1 內(nèi)力變化過程圖 11, 12分別為鋼支撐外、內(nèi)側(cè)內(nèi)力變化情 況。由圖可知,內(nèi)力變化曲線時間上可分為 4個階 段:其中上臺階開挖后數(shù)據(jù)曲線形成了急劇增大 緩慢增大趨于平緩這, , 三個階段, 下臺 階開挖后形成了第階段。第階段為上臺階掌子面與斷面的距離達(dá)到

34、40 m前, 鋼支撐內(nèi)力近似于直線式增長, 階段末的數(shù)據(jù)值已達(dá)到上臺階開挖后穩(wěn)定值的 70%80%。第階段為上臺階掌子面與斷面相距 40100 m, 這期間,鋼支撐內(nèi)力增長速率減小,階段末的數(shù)據(jù) 值達(dá)到上臺階開挖后穩(wěn)定值的 90%多。第階段為上臺階掌子面距斷面 100 m至下臺 階掌子面距斷面 50 m, 在這一階段鋼支撐內(nèi)力變化 漸趨平穩(wěn),內(nèi)力趨于穩(wěn)定值。第階段開始于下臺階開挖掌子面距斷面 50 m, 在斷面距下臺階掌子面前后 4050 m時內(nèi)力變化 較大,鋼支撐內(nèi)力數(shù)值變化最大,從 2 kN增至 3.1kN ,增幅為 50%多。其中,隧道拱頂處鋼支撐的內(nèi) 力未有明顯變化,而隧道左側(cè)鋼支撐的

35、內(nèi)力增大, 隧道右側(cè)鋼支撐的內(nèi)力減小,距離超過 50 m后, 數(shù)據(jù)趨于平穩(wěn)。下臺階開挖后,鋼支撐左右兩側(cè)的內(nèi)力變化并 不一致,說明鋼支撐所受的左、右兩側(cè)的壓力并不 相等,這與此前分析的下行線 K254+665處圍巖與 初襯間接觸壓力中,下臺階開挖后,左、右兩側(cè)壓 力相差懸殊是吻合的。 圖 10 接觸壓力與時間、開挖關(guān)系Fig.10 Relationship among contact pressure, time , and excavation表 1 典型斷面拱頂處圍巖與初襯間實(shí)測接觸壓力值與規(guī)范值的比較Table 1 Comparasion between measured contact

36、 pressure and code value at the crowns of typical sections斷面樁號 圍巖類型 圍巖類別規(guī)范值 / MPa實(shí)測值 / MPa /上行線 K256+650 炭質(zhì)板巖 0.086 0.036 42% 上行線 K256+470 炭質(zhì)板巖 0.086 0.052 60% 下行線 K254+665泥巖0.173 0.088 51%-0.040.000.040.080.120.160.206-207-12 8-3 8-259-1610-810-30-200-160-120-80-4004080120160200240拱頂 時間 /月 -日接 觸 壓

37、力 值 / M P a斷 面 至 上 、 下 臺 階 掌 子 面 距 離 / m 50· 52 巖石力學(xué)與工程學(xué)報 2004年 圖 11 支撐外側(cè)內(nèi)力與時間、開挖關(guān)系Fig.11 Relationship among internal force of the outside of steel support, time , and excavation 圖 12 支撐內(nèi)側(cè)內(nèi)力與時間、開挖關(guān)系Fig.12 Relationship among internal force of the inside of steel support,t ime , and excavation3.5

38、.2 內(nèi)力變化規(guī)律通過研究上臺階開挖后鋼支撐內(nèi)力與掌子面和 斷面間距離的關(guān)系 (圖 13, 14 ,可知鋼支撐各部位 內(nèi)力的變化均符合下式:Lba F ×=e (7式中:F 為鋼支撐內(nèi)力 (kN; L 為上臺階掌子面至斷 面距離 (m; e 為自然對數(shù); a , b 均為>0的常 數(shù)。由于各部位內(nèi)力變化在上臺階開挖后基本一 致,因此可以對其中某個部位的內(nèi)力變化進(jìn)行分 析,從而得到一般的規(guī)律,現(xiàn)選取鋼支撐內(nèi)層的左 側(cè)部位,其內(nèi)力變化的擬合公式為 6 393. 2=F ×eL5 358. 21,因此,內(nèi)力最終值 =F 2.393 6 kN;在=L 50 m時, =F 1.

39、56 kN,占其最終值的 65%;在 =L 100 m時, =F 1.93 kN,占其最終值的 81%, 可見內(nèi)力的大部分在上臺階開挖后 50 m內(nèi)產(chǎn)生。4 結(jié) 論通過對云南大風(fēng)埡口隧道初期支護(hù)施作后實(shí)測 數(shù)據(jù)的分析研究,可以得到以下主要結(jié)論:(1 收斂位移 u 與時間 t 符合指數(shù)規(guī)律:a u =× tbe, 拱頂位移 u 與時間 t 符合 a u =×et b (a , b 均為>0的常數(shù) 。(2 隧道砂巖蠕變變形規(guī)律符合伊文思提出的 蠕變公式 e 1(4. 01bt a =。0.00.51.01.52.02.53.0-200-1000100200300拱頂 右側(cè)

40、 左側(cè) 上臺階 下臺階內(nèi) 力 / k N斷 面 至 上 、 下 臺 階 掌 子 面 距 離 / m0.00.51.01.52.02.53.03.5-200-1000100200300拱頂 右側(cè) 左側(cè) 上臺階 下臺階斷 面 至 上 , 下 臺 階 掌 子 面 距 離 / m內(nèi) 力 / k N第 23卷 第 1期 黃宏偉等 . 大風(fēng)埡口巖石公路隧道圍巖及初期支護(hù)變形與內(nèi)力研究 51·第 23卷 第 1期 黃宏偉等 . 大風(fēng)埡口巖石公路隧道圍巖及初期支護(hù)變形與內(nèi)力研究 53· 圖 13 支撐外側(cè)內(nèi)力與上臺階開挖關(guān)系Fig.13 Relationship between internal force of the outside of steel support and the excavation of top bench 圖 14 支撐內(nèi)側(cè)內(nèi)力與上臺階開挖關(guān)系Fig.14 Relationship between internal force of the inside of steel support and the excavation of top be