淺埋偏壓隧道邊坡體系穩定性分析及加固技術

歐陽娜

(江西省公路科研設計院)

淺埋偏壓隧道邊坡體系穩定性分析及加固技術

歐陽娜

(江西省公路科研設計院)

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

淺埋偏壓隧道;邊坡;體系;加固技術;穩定性分析

1 工程簡介

西北區某隧道，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%。隧道內設連續下坡，DK152+005設變坡點，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，隧道區段地面標高一般40～94 m，山體自然坡度10°～30°，植被發育。該隧道洞身多處于偏壓段，且巖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，弱風化基巖變余結構，板狀結構，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拱部布設Ф25長為6 m的中空注漿錨桿，間距為縱向0.8 m×環向1.2 m，梅花型布置;而另一側拱部布置Ф22長3.0 m砂漿錨桿于拱部45°范圍類設置，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°范圍設置，間距縱向1.6 m×環向0.4 m。鋼筋網:環向 Ф8×縱向 Ф8，拱墻的網格間距為 25 cm× 25 cm。鋼架:HW175型鋼鋼架，拱墻設置，間距縱向0.8 m×環向0.8 m，兩側墻腳鋼架設置兩根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

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

3 淺埋偏壓隧道邊坡體系穩定性分析

通過現場監測數據分析以掌握淺埋隧道圍巖與邊坡穩定性狀態，并經信息反饋動態設計，以保證其安全穩定。對該隧道二襯段DK151+976斷面拱頂、拱腰及拱肩5個測點布設應變計以監測二襯混凝土內應力，設置測樁以監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個測點布設應變計及錨桿軸力計，監測點布設如圖1所示。邊坡位移分為豎向位移與水平位移，為簡化監測方法，沿坡體共布設25條水平線及16條豎向線交點作為測點。

3.1 結構內空收斂監測分析

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

由圖2可知，隧道襯砌內空位移變化值具有一定的規律，三者均呈先增長后平穩的趨勢規律。從數值上來看，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。監測數據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，表明隧道結構為穩定性的。

圖1 襯砌結構斷面收斂監測數據

3.2 隧道與邊坡系統穩定性數值分析

采用有限元分析軟件ANSYS對隧道－邊坡系統穩定性進行數值仿真計算分析。其中邊坡及隧道圍巖設為均質弱風化巖(參數容重為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，內摩擦角為32°)。根據數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，而對豎向位移場的影響不大，由于襯砌結構的加強作用，隧道圍巖區域位移場均呈減弱的趨勢。從數值上來看水平位移最大值出現在坡頂及隧道圍巖區的右側，分別為0.46 mm與3.34 mm;豎向位移場最大值出現于坡頂，數值為24.23 mm，滿足隧道圍巖及邊坡穩定性要求。

4 結論

淺埋偏壓隧道在偏壓段圍巖與邊坡的穩定性為相互影響的關系，因此在隧道施工時應將二者作為一個系統進行加固處理。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定性分析，可得到如下幾點結論。

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

(2)為防止邊坡失穩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)經監測及數值仿真可知隧道圍巖及邊坡穩定性滿足工程要求。

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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計與研究工作。