高速公路潛埋偏壓隧道力學(xué)計(jì)算分析

張林波

【摘要】高速公路潛埋偏壓隧道力學(xué)分析中，需要結(jié)合工程環(huán)境來綜合探討有效加固方法。本文以工程實(shí)際建設(shè)情況為例，重點(diǎn)探討高速公路潛埋偏壓隧道力學(xué)計(jì)算形式，幫助明確高速公路潛埋偏壓隧道的加固形式，可以作為工程施工建設(shè)期間的技術(shù)參展來使用，具有實(shí)踐應(yīng)意義。

【關(guān)鍵詞】高速公路 潛埋偏壓 隧道力學(xué)

一、工況介紹

高速工程的隧道口部分在施工中通常位于V圍巖內(nèi)，本文章中所選擇的工程案例，高速工程隧道口洞口巖石厚度為3B以內(nèi)，不同圍巖區(qū)域內(nèi)會存在厚度差異，因此將其設(shè)定為一個(gè)動態(tài)范圍。高速公路與隧道口之間的橫坡角度為40°，面對工程施工中比較復(fù)雜的基層覆蓋情況，建設(shè)單位采用組合方法來對隧道口進(jìn)行加固。淺埋偏壓隧道與普通形勢隧道相比在洞口的承重力以及角度方面更加復(fù)雜，需要采用不同支護(hù)結(jié)構(gòu)來對洞口進(jìn)行綜合加固，高速公路隧道施工中，也需要結(jié)合工程建設(shè)區(qū)域的地理環(huán)境特征來進(jìn)行探討。本工程施工所處的基層環(huán)境相對比較復(fù)雜，想要對隧道內(nèi)部與洞口進(jìn)行綜合加固，首先需要對偏壓力學(xué)進(jìn)行全面分析，掌握偏壓力學(xué)產(chǎn)生形式以及在洞口中的存在區(qū)域，在偏差作用力范圍內(nèi)進(jìn)行內(nèi)部應(yīng)力結(jié)構(gòu)支撐建設(shè)，不影響高速公路隧道工程原有形式基礎(chǔ)上，達(dá)到最有效的加固效果。除此之外偏壓力學(xué)分析對工程建設(shè)中的材料使用也存在一定影響，在偏壓作用下地面橫坡與圍巖厚度增大，會直接影響到工程受力情況，因此在分析中會將偏差角度以10°為界限做出劃分。

二、計(jì)算模型

對高速公路隧道工程潛埋偏壓隧道力學(xué)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，采用同濟(jì)曙光有限元次分析計(jì)算軟件來進(jìn)行，首先在模型構(gòu)建中隊(duì)隧道邊緣做出預(yù)留，邊緣與隧道洞口之間的距離為36米，選擇在邊緣距離位置均衡的部分來展開分析計(jì)算。上邊界采用自由形式構(gòu)建，會根據(jù)工程建設(shè)現(xiàn)場需求來對邊界距離進(jìn)行確定，下邊界處則采用固定形式存在。確定好計(jì)算距離后，在接下來的模型建立中不會改變。V級圍巖是以彈性邊緣來進(jìn)行構(gòu)建的，隨著角度與偏壓力度變化，在模型中體現(xiàn)出v級圍巖需要進(jìn)行描桿固定的區(qū)域，并對洞口采用混凝土旋噴技術(shù)做出加固。加固所使用的錨桿，直徑為2.5cm，長度為3.5m，布設(shè)問隙達(dá)到控制在0.6m內(nèi)。加固鋼筋為達(dá)到效果，需要控制在118b強(qiáng)度型號的鋼筋來進(jìn)行構(gòu)建使用，配合混凝土加固，強(qiáng)度等級為C25。鋼筋與混凝土共同應(yīng)用在高速公路隧道口加固方面，能夠?qū)撀衿珘核a(chǎn)生的松軟巖石姥姥固定，避免巖石破碎掉落影響到工程建設(shè)施工。計(jì)算在不同環(huán)境以及支護(hù)結(jié)構(gòu)下圍巖屈服力的變化，拱頂部分是鋼筋混凝支護(hù)加固所針對的重點(diǎn)區(qū)域，面對拱頂角度變化加固后圍巖的屈服區(qū)域面積也會出現(xiàn)改。拱頂覆蓋厚度自身存在差異性，以10為界限，計(jì)算l0至40之間橫坡與地面之間所形成的屈服區(qū)域面積變化情況。

三、計(jì)算結(jié)果分析

將高速公路潛埋偏壓隧道力學(xué)計(jì)算結(jié)果整理為表1，觀察表1中的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)巖石的覆蓋層厚度增大時(shí)，高速公路掩埋中地面橫坡與隧道之間所形成的角度也會出現(xiàn)變化，隨著變化增大，尤其在地面坡度大于30時(shí)，此時(shí)對圍巖的屈服區(qū)域也會祈禱擴(kuò)大效果。為確保高速公路隧道工程施工任務(wù)可以安全進(jìn)行，在初期建設(shè)時(shí)會構(gòu)建臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)，主要針對隧道拱頂部分進(jìn)行支護(hù)。提升隧道向心力，周邊巖石層破損掉落的幾率會下降。覆蓋層厚度對支護(hù)作用力的影響也會隨著角度變化而改變，具體加固過程中，需要結(jié)合拱頂角度來對加固材料強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，確保能夠達(dá)到最有效的支護(hù)加固效果。以上計(jì)算結(jié)果分析中存在一定局限性，對于隧道工程建設(shè)中拱頂部分的設(shè)計(jì)，并沒有考慮基層環(huán)境承載能力，一旦基層結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，也會影響到拱頂工程部分，不利于工程全面建設(shè)計(jì)劃進(jìn)行。隨著覆蓋層厚度的增加，地面橫坡對初期支護(hù)軸力的增長影響逐漸減弱。同樣覆蓋厚度下，隨著地面橫坡的增大初期支護(hù)軸力也隨之增加；在覆蓋層1d地面橫坡20°的情況下軸力僅增長1.4%，因此地面橫坡小于20°時(shí)，對初期支護(hù)軸力的增長公路隧道影響較小。

結(jié)語：經(jīng)過上述文章論述內(nèi)容可以總結(jié)到，隨著覆蓋層的增厚，隧道地面橫坡度對隧道的圍巖、支護(hù)受力影響逐漸減??；隨著地面橫坡的增大，對不同覆蓋厚度的隧道圍巖及支護(hù)的受力影響也隨之增大；當(dāng)坡度大于30°橫坡是其影響作用陡增；當(dāng)覆蓋層厚度達(dá)橫坡3B橫坡，地面橫坡小于等于橫坡30°時(shí)，對隧道圍巖及初支受力的影響相對較小，在實(shí)際設(shè)計(jì)中可不考慮地面橫坡的影響。

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