淺埋軟弱圍巖隧道超前管幕施工力學行為分析

戴光耀1， 孫寧新， 彭 龍1， 曹豪榮， 張運良

(1. 中交第三航務工程局有限公司， 上海 200032； 2.中南大學 土木工程學院， 湖南 長沙 410075)

隧道修建過程中，時常會穿越一些特殊地質地段，如軟弱圍巖、膨脹土、流沙、松散地層等，特別是當隧道埋深較淺時，施工過程中極易產生大變形和洞室失穩現象。因對淺埋軟弱圍巖隧道支護體系的力學機理認識不清而采取不當的施工控制措施，從而引發安全事故的工程案例屢見不鮮。鑒于此，國內外學者對淺埋軟弱圍巖隧道支護結構的力學機理進行了深入研究，研究成果眾多[1-4]。但缺乏統一認識，且主要針對單一構件的作用機理進行研究，缺乏對各構件協同作用的研究，使結果偏于保守。

本文依托京沈高鐵高麗營隧道工程，分別采用荷載結構法和地層結構法進行數值模擬，綜合考慮圍巖自承作用和支護體系的協同作用，對荷載作用下超前管幕的力學行為進行分析。同時，通過開展理論計算，對比了2種數值模擬方法與理論計算的差異，對類似隧道工程的設計、施工具有指導意義。

1 工程背景

京沈高鐵高麗營隧道地處北京順義、昌平郊區，隧道全長1 200 m，其中DK33+730～DK34+160段為暗挖隧道工程。該段隧道覆土厚度僅5.0～7.2 m，穿越地層以黏土為主，屬Ⅵ級圍巖，為典型的淺埋軟弱圍巖隧道。隧道暗挖段縱斷面如圖1所示。

圖1 隧道暗挖段縱斷面圖

由于隧道埋深淺，圍巖等級低，下穿結構物多，隧道暗挖段全斷面采用雙側壁導坑法與管幕相結合的施工方法。……