榮 耀，王春陽，孫 洋，毛夢蕓

(1.江西省交通科學(xué)研究院，江西 南昌 330052；2.重慶交通大學(xué) 河海學(xué)院，重慶 400074)

基于數(shù)值分析與現(xiàn)場試驗(yàn)的破碎帶支護(hù)參數(shù)優(yōu)化

榮 耀1，王春陽2，孫 洋1，毛夢蕓1

(1.江西省交通科學(xué)研究院，江西 南昌 330052；2.重慶交通大學(xué) 河海學(xué)院，重慶 400074)

為了控制圍巖的變形，確保施工的安全，結(jié)合船頂隘隧道在穿越斷層破碎帶時(shí)出現(xiàn)的變形過大，局部出現(xiàn)塌方的現(xiàn)象，提出了減小鋼拱架間距增加初支強(qiáng)度的支護(hù)方案，并選取了兩組方案進(jìn)行對比分析研究。先通過數(shù)值模擬對鋼拱架和錨桿分別進(jìn)行了計(jì)算，然后在現(xiàn)場監(jiān)測試驗(yàn)中，選取了兩組試驗(yàn)段，對兩種不同的支護(hù)參數(shù)下的圍巖變形、噴射混凝土壓力、鋼拱架應(yīng)力以及初支圍巖壓力進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)控量測，驗(yàn)證了支護(hù)優(yōu)化的可行性。研究表明：在斷層破碎帶初支參數(shù)優(yōu)化中，錨桿支護(hù)效果不理想，而鋼拱架的作用明顯，對圍巖大變形起到了良好的控制作用。由此可知通過加密鋼拱架來增加初支強(qiáng)度，適當(dāng)弱化錨桿來減少工序，降低成本的支護(hù)優(yōu)化措施在隧道穿越斷層破碎帶中是可行的。

隧道工程；斷層破碎帶；鋼拱架；支護(hù)優(yōu)化

0 引 言

隧道穿越斷層破碎帶的支護(hù)參數(shù)優(yōu)化一直是工程界的熱點(diǎn)問題。強(qiáng)度低、易變形、透水性大、遇水軟化是斷層破碎帶的主要特征，對施工造成了很大的困難。國內(nèi)外學(xué)者針對控制圍巖變形分別從隧道病害變形機(jī)理，支護(hù)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)置以及施工的工藝工序等方面進(jìn)行了大量的研究工作，并取得了一定的研究成果[1-7]。盡管如此，在隧道的實(shí)際施工中，斷層破碎帶的地質(zhì)情況也是多種多樣。圍巖等級和支護(hù)參數(shù)的概念模糊，很容易在施工過程中盲目、片面套用規(guī)范，有可能導(dǎo)致圍巖變形過大，甚至有塌方的危險(xiǎn)。

筆者結(jié)合船頂隘高速公路隧道，針對隧道開挖支護(hù)施工過程中出現(xiàn)的圍巖變形過大，局部區(qū)段出現(xiàn)塌方的現(xiàn)象，對初支參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。通過FLAC數(shù)值模擬計(jì)算[8-9]和現(xiàn)場監(jiān)控量測相結(jié)合的方法，對圍巖收斂位移、圍巖應(yīng)力、塑性區(qū)范圍以及拱架軸力和彎矩情況進(jìn)行分析，并在現(xiàn)場監(jiān)控中選取了兩個(gè)類型相似的斷層破碎帶作為試驗(yàn)優(yōu)化段進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)，證明此支護(hù)參數(shù)優(yōu)化可以應(yīng)用在實(shí)踐當(dāng)中。

1 工程概況

船頂隘隧道是一座上下行分離的四車道高速公路特長隧道，長度為1 982 m，位于福建省與江西省交界處。船頂隘隧道(隧道入口位于福建省內(nèi))位于廣昌縣尖峰鄉(xiāng)境內(nèi)，隧道洞軸線為東西走向，左右線隧道整體位于直線段內(nèi)，左右隧道縱斷面線型為單向坡，坡度為-1.6%。

地質(zhì)勘探區(qū)系華夏斷裂構(gòu)造，主要表現(xiàn)為北東向多具斜向逆沖性質(zhì)的壓扭性斷層，且大多成群出現(xiàn)。此外尚有與其垂直或斜交的伴生斷裂，其性質(zhì)多為張性或深扭性。周邊巖層強(qiáng)烈擠壓這些斷層，結(jié)果導(dǎo)致了斷層的嚴(yán)重破碎與硅化，形成規(guī)模不等的小斷層、破碎帶、節(jié)理發(fā)育，常由石英脈充填，相互切割。據(jù)實(shí)地勘探，物探探測等勘察成果，發(fā)現(xiàn)船頂隘隧道區(qū)段斷裂構(gòu)造發(fā)育。

2 數(shù)值模擬分析

為研究斷層破碎帶圍巖的受力變化規(guī)律，模擬隧道的周邊環(huán)境條件，利用FLAC3D軟件，通過創(chuàng)建有限元模型模擬其開挖支護(hù)等施工過程，以得到的模擬結(jié)果為依據(jù)，根據(jù)其位移和應(yīng)力的變化趨勢，并結(jié)合實(shí)際的監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)行比對分析，掌握其中的規(guī)律。

根據(jù)典型斷面進(jìn)行優(yōu)化分析，選取F2斷裂帶YK0+400～YK0+560的右線一段，以V級圍巖斷面原型YK0+467進(jìn)行建造模型，斷面形式為圓形，凈空斷面面積為62.99 m2，凈空高度為6.945 m，最大寬度為10.25 m。

模型外圍左右兩側(cè)設(shè)置計(jì)算邊界為4倍左右雙線隧道總跨度，下部邊界為3倍左右隧道總跨度，根據(jù)隧道的實(shí)際深度添加均布荷載，如圖1，等效為實(shí)際巖體自重應(yīng)力，如圖2。

圖1 隧道及其外圍邊界Fig. 1 Tunnel and its surrounding boundary

圖2 自重應(yīng)力場模擬(等效均勻荷載)Fig. 2 Simulation of gravity stress field (equivalent uniform load)

所研究的隧道斷層范圍內(nèi)只顯露出很少量基巖裂隙水，所以在數(shù)值模擬時(shí)我們不考慮其影響，因此，邊界條件設(shè)為：

位移邊界條件：豎直方向的位移約束施加在模型的下端邊界上，水平方向的位移約束施加在左右兩端的邊界上。

應(yīng)力邊界條件：等效于自身重力的均布荷載施加在豎直方向上；水平方向不能忽視水平構(gòu)造應(yīng)力的影響，所以側(cè)壓力系數(shù)取0.8，水平應(yīng)力施加在左右兩端邊界上，水平應(yīng)力是隨埋深增加而增加的。

結(jié)合船頂隘的支護(hù)類型對隧道圍巖穩(wěn)定性的影響規(guī)律進(jìn)行研究。船頂隘隧道址區(qū)斷層破碎帶大部分以V級圍巖為主體，為了說明支護(hù)參數(shù)的變化對隧道圍巖應(yīng)力，位移變化以及塑性區(qū)的影響，選定為V級圍巖進(jìn)行分析。綜合之前所有的因素條件，在斷層破碎帶的開挖形式選擇為臺階法，如圖3。

圖3 上下臺階法Fig. 3 Step down method

圍巖利用有限元FLAC軟件中模擬隧道應(yīng)力-應(yīng)變分析模塊，該隧道研究斷面節(jié)理發(fā)育，多軟弱夾層，屬于彈塑性材料，選取各種異型材料充當(dāng)圍巖模型。巖土屈服采用Mohr-Coulomb準(zhǔn)則：

式中：σ1和σ3為最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力；c為材料黏聚力；φ為內(nèi)摩擦角。

當(dāng)fs≥0時(shí)，材料突破極限，產(chǎn)生剪切破壞，材料達(dá)到極限之后，在應(yīng)力水平達(dá)到穩(wěn)定的情況下，產(chǎn)生了塑性變形，如果材料受到的拉應(yīng)力大于材料抗拉強(qiáng)度，將會發(fā)生拉伸破壞。其它相關(guān)物理參數(shù)取值由初期的地質(zhì)勘測報(bào)告和室內(nèi)試驗(yàn)確定，數(shù)據(jù)如表1。

表1 模型參數(shù)Table 1 Model parameter

其中鋼拱架采用I20b型鋼，截面面積為3.05×10-3m2。

由于巖體所選擇的物理參數(shù)直接決定于有限元計(jì)算精度的數(shù)值計(jì)算，所以參數(shù)的選擇起著非常重要的作用。在此次模擬計(jì)算中計(jì)算參數(shù)根據(jù)規(guī)范和該隧道的地勘資料獲取，可以確保計(jì)算結(jié)果的基本準(zhǔn)確性。

由于在模擬計(jì)算中，超前支護(hù)手段和鋼筋網(wǎng)采用等效方法進(jìn)行處理，超前小導(dǎo)管在數(shù)值模擬中等效為厚度相當(dāng)?shù)念A(yù)加固圈，而鋼筋網(wǎng)以彈性模量的形式等效施加在混凝土噴涂層上。

通過FIAC3D梁單元模擬鋼拱架，相比于等效力替換的方法，可以更有效地模擬鋼拱架，進(jìn)而分析同種型號的鋼拱架在不同間距下的受力特征。

圖4為FLAC3D建立的立體模型(隱去邊界)，可以更好地觀察出斷層破碎帶與隧道斜交。

圖4 隧道模型Fig. 4 Tunnel model

2.1 鋼拱架間距模擬

結(jié)合船頂隘隧道的支護(hù)類型對圍巖情況的變化規(guī)律進(jìn)行研究。通過模擬鋼拱架的間距，改變這一參量的數(shù)值，使其成為變量，其他支護(hù)參數(shù)為常量，查看該參數(shù)的變化對圍巖壓力、圍巖收斂變形、圍巖塑性區(qū)范圍、拱架最大軸力以及拱架最大彎矩的影響，如圖5。由圖5(a)、圖5(b)可見，隨著鋼拱架間距的減小，圍巖應(yīng)力和位移將逐漸減少，剛拱架間距對有效控制圍巖變形以及避免較大的圍巖壓力有著重要作用，剛拱架間距在1.4～0.9 m時(shí)，這一變化趨勢較明顯，但在0.8～0.4 m的間距時(shí),拱架間距的減小對圍巖應(yīng)力和位移的減小作用明顯減慢。由圖5(c)可見，塑性區(qū)長度隨著加密鋼拱架而減小，在其間距稍大時(shí)，塑性區(qū)范圍變化明顯，在鋼拱架間距為0.7～0.8 m處，變小的趨勢減緩。根據(jù)上述的圍巖應(yīng)力，位移以及塑性區(qū)等分析結(jié)果可以得知，鋼拱架的間距應(yīng)該以0.8 m為最佳。由圖5(d)、圖5(e)可見，剛拱架間距每減小0.1 m,剛拱架最大軸力將逐漸減小，加密鋼拱架的間距，最大軸力和最大彎矩有更明顯的變化趨勢。根據(jù)規(guī)范得知，鋼拱架承載力設(shè)計(jì)值為902.7 kN,彎矩為55.5 kN·m，所以在鋼拱架間距模擬設(shè)置為0.8 m以下時(shí)，均滿足承載力要求，不會發(fā)生破壞。

圖5 不同鋼拱架間距下的模擬結(jié)果Fig.5 Simulation results with different spacing of steel arch

2.2 錨桿參數(shù)模擬

分別從錨桿的長度、環(huán)向間距和軸向間距3個(gè)方面進(jìn)行模擬，使其他參數(shù)成為常量，改變單一參量進(jìn)行計(jì)算。

1)錨桿長度模擬。錨桿長度分別取3.00～5.00 m一共9種參數(shù)，得到的圍巖壓力，圍巖收斂位移和塑性區(qū)范圍為錨桿長度的內(nèi)在聯(lián)系，如圖6。

圖6 不同錨桿長度下的模擬結(jié)果Fig.6 Simulation results with different anchor lengths

2)錨桿環(huán)向間距模擬。錨桿環(huán)向間距分別取0.6～1.0 m一共10種情況，得到圍巖壓力，圍巖收斂位移和塑性區(qū)范圍的關(guān)系，如圖7。由圖6，圖7可見，在斷層破碎帶支護(hù)參數(shù)中，錨桿這類軟性支撐，除了對水平位移收斂的控制效果顯著，其他方面并不能滿足控制圍巖變形的效果，比較之下，鋼拱架在斷層破碎帶的初支參數(shù)中起到了重要作用。所以在參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)增加鋼拱架的參數(shù)，并弱化錨桿，做到以圍巖穩(wěn)定為前提，減小造價(jià)，減少施工工序。

圖7 不同錨桿環(huán)向間距下的模擬結(jié)果Fig.7 Simulation results with different bolt spacing

3 現(xiàn)場監(jiān)測分析研究

3.1 現(xiàn)場監(jiān)測方案布置

通過數(shù)值模擬得出了合理的鋼拱架間距，為驗(yàn)證減小鋼拱架間距這一方案是否可行，將這一方案與原先采用的增加初支參數(shù)的剛性支護(hù)進(jìn)行對比分析。根據(jù)現(xiàn)場勘測施工的實(shí)際情況，選取了兩個(gè)地質(zhì)環(huán)境相似的優(yōu)化段來分別對設(shè)計(jì)支護(hù)類型和剛性支護(hù)類型進(jìn)行研究分析，以下簡稱“優(yōu)化段1”和“優(yōu)化段2”。各支護(hù)方案支護(hù)參數(shù)如表2，各項(xiàng)目的監(jiān)測內(nèi)容的具體布設(shè)情況如表3。

表2 支護(hù)參數(shù)優(yōu)化方案Table 2 Optimization scheme of supporting parameters

表3 監(jiān)測內(nèi)容布置Table 3 Layout of monitoring content

3.2 現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果分析

3.2.1 圍巖變形分析

表4為數(shù)值模擬結(jié)果和監(jiān)測數(shù)據(jù)的對比。由表4可見，兩者大體的變化趨勢和最后的收斂位移相似，數(shù)值模擬可以較好地反映出隧道在開挖支護(hù)過程中的圍巖受力狀況和收斂情況。模擬出的數(shù)值結(jié)果與現(xiàn)場監(jiān)測的數(shù)據(jù)略有差異，這是由于數(shù)值模擬簡化參數(shù)或者隧道在開挖過程中受到了其他不可模擬出的外力所導(dǎo)致的結(jié)果差異，還有一部分原因是現(xiàn)場試驗(yàn)監(jiān)測時(shí)人為所造成的誤差。

表4實(shí)測數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)變形對比表

Table4Comparisonofthemeasureddataandthesimulateddata

監(jiān)測地段監(jiān)測部位數(shù)值模擬/mm現(xiàn)場試驗(yàn)/mm優(yōu)化段1拱頂43．545．2343．6347．12邊墻30．843．6347．1235．62優(yōu)化段2拱頂52．755．9759．3753．78邊墻34．138．9640．7837．23

經(jīng)過長期監(jiān)測得出的數(shù)據(jù)(表5)可見，兩端的變形速率和累計(jì)變形值均很大，明顯符合斷層破碎帶的特征。但是優(yōu)化段1的收斂值相比于優(yōu)化段2更小一些，說明試驗(yàn)支護(hù)參數(shù)更能保持圍巖穩(wěn)定。

表5圍巖變形最大收斂與速率

Table5Maximumconvergenceandrateofthedeformationofsurroundingrock

3.2.2 噴射混凝土壓力

經(jīng)過長期的現(xiàn)場監(jiān)測得出數(shù)據(jù)，混凝土的應(yīng)力如圖8，圖8中外側(cè)表明受到壓應(yīng)力，內(nèi)側(cè)表明受到拉應(yīng)力，兩個(gè)監(jiān)測段混凝土均以受壓為主，拉應(yīng)力只出現(xiàn)在拱腰部位，優(yōu)化段1無論受壓或受拉均在設(shè)計(jì)強(qiáng)度范圍之內(nèi)，混凝土層保留完好，并沒有受到破壞，而優(yōu)化段2部分區(qū)域出現(xiàn)混凝土層剝落損壞，受拉或受壓超出了設(shè)計(jì)范圍值，由此可以看出優(yōu)化段1混凝土受力明顯小于優(yōu)化段2，控制圍巖變形更有效，圍巖穩(wěn)定性更高。

圖8 噴混凝土應(yīng)力分布(單位：MPa)Fig. 8 Stress distribution of shotcrete

3.2.3 鋼拱架應(yīng)力

對鋼拱架的應(yīng)力進(jìn)行長期監(jiān)控，并把得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果如圖9、圖10。從圖9、圖10可見：兩個(gè)優(yōu)化段的監(jiān)測應(yīng)力均以受壓為主，壓應(yīng)力普遍較大，但是拱腰等局部區(qū)域出現(xiàn)了拉應(yīng)力。優(yōu)化段1受拉和受壓的應(yīng)力值均在可承受范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠。而優(yōu)化段2拉應(yīng)力或壓應(yīng)力過大，一些部位超出了應(yīng)力極限值，導(dǎo)致了鋼拱架產(chǎn)生變形，通過以上對比可以得出試驗(yàn)支護(hù)的支護(hù)效果要優(yōu)越于剛性支護(hù)。

圖9 鋼架外側(cè)應(yīng)力分布(單位：MPa)Fig.9 Lateral stress distribution of the steel frame

圖10 鋼架內(nèi)側(cè)應(yīng)力分布(單位：MPa)Fig. 10 Inner stress distribution of steel frame

3.2.4 初期支護(hù)圍巖壓力

通過對數(shù)據(jù)的分析總結(jié)，初期支護(hù)圍巖壓力如圖11，外側(cè)表明受到壓應(yīng)力，內(nèi)側(cè)表明受到拉應(yīng)力。由圖11可見，圍巖壓力分布明顯不同，可以看出邊墻的圍巖壓力最大，拱頂次之，圍巖壓力相對最小是拱腰和拱腳。而兩組試驗(yàn)段進(jìn)行比較，優(yōu)化段1的圍巖壓力均小于優(yōu)化段2，所以可以得出結(jié)論，試驗(yàn)支護(hù)參數(shù)在斷層破碎帶中要優(yōu)于剛性支護(hù)。在V級圍巖中，二次襯砌也承受了一部分的結(jié)構(gòu)壓力，試驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬相比也略有不同，但大體趨勢相近，模擬出的數(shù)據(jù)可以較為準(zhǔn)確的分析出圍巖的受力趨勢，與試驗(yàn)數(shù)據(jù)較吻合，說明了拱架改變了巖體的受力狀態(tài)，在很大程度上提高了巖體的承載能力，非常良好的改善了圍巖的力學(xué)性質(zhì)，使圍巖的支護(hù)有著非常良好的效果。

圖11 圍巖壓力分布(單位：MPa)Fig. 11 Pressure distribution of surrounding rock

4 結(jié) 論

1)斷層破碎帶是導(dǎo)致隧道圍巖變形較大的重要原因，施工過程中應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件優(yōu)化支護(hù)措施。

2)通過數(shù)值模擬分析可以得出，鋼拱架的最優(yōu)間距為0.8 m，繼續(xù)縮短間距圍巖穩(wěn)定效果依然有所提升，但是由于價(jià)格昂貴，不予考慮。

3)在斷層破碎帶施工中，錨桿支護(hù)參數(shù)對改善圍巖狀況并不顯著，對比試驗(yàn)中剛性支護(hù)中錨桿長度和環(huán)向間距都比試驗(yàn)支護(hù)有所增強(qiáng)，但是現(xiàn)場監(jiān)測試驗(yàn)中，局部圍巖壓力卻超過承載范圍，導(dǎo)致破壞?？梢宰C明鋼拱架對斷層破碎帶圍巖支護(hù)效果顯著，縮短鋼拱架之間的間距是控制圍巖變形的重要途徑。

4)實(shí)際的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)值略大于數(shù)值模擬的數(shù)值，這是因?yàn)橛兴淼谰蜻M(jìn)開挖中，許多客觀因素導(dǎo)致了圍巖的非正常擾動，數(shù)值模擬不能模擬出實(shí)際施工中其他因素的影響，所以這此次對比分析中，造成了現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)值大于FLAC數(shù)值模擬的結(jié)果。由于現(xiàn)場監(jiān)測與數(shù)值模擬各有其特點(diǎn)，所以兩者在工程中應(yīng)相互結(jié)合，取長補(bǔ)短。

[1] 李勇峰,孫洋,徐穎. 超深埋特長隧道錨噴支護(hù)優(yōu)化研究[J]. 鐵道建筑,2013(8):72-75.

LI Yongfeng, SUN Yang, XU Ying. Study on the optimization of anchor and shotcrete support in super deep tunnel[J].RailwayConstruction, 2013(8):72-75.

[2] 劉志春,孫明磊,賈曉云,等.烏鞘嶺隧道 F4～F7 斷層區(qū)段壓力、應(yīng)力實(shí)測與分析[J]. 石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報(bào),2006, 19(2): 13-17.

LIU Zhichun, SUN Minglei, JIA Xiaoyun, et al. The monitoring and analysis of pressure and stress in F4～F7 fault regions of Wushaoling tunnel[J].JournalofShijiazhuangRailwayInstitute, 2006, 19 (2): 13 - 17.

[3] 楊金虎. 慈母山隧道穿越斷層破碎帶開挖支護(hù)技術(shù)分析[J]. 地下空間與工程學(xué)報(bào),2011,7(2):361-365,384.

YANG Jinhu. Analysis on excavation and support technique of the fault and crushing zone in Cimushan tunnel[J].ChineseJournalofUndergroundSpaceandEngineering, 2011, 7(2):361-365, 384.

[4] 羅利銳,劉志剛. 斷層對隧道圍巖穩(wěn)定性的影響[J]. 地質(zhì)力學(xué)學(xué)報(bào),2009,15(3):226-232.

LUO Lirui, LIU Zhigang. Influence of fault crush belts on the stability of tunnel rock[J].JournalofGeomechanics, 2009, 15(3): 226-232.

[5] 李文華,李昊,古銀城,等. 斷層對隧道圍巖穩(wěn)定性影響的有限元分析[J]. 施工技術(shù),2013,42(7):93-96,110.

LI Wenhua, LI Hao, GU Yincheng, et al. Finite element analysis on the influence of fault to the stability of surrounding rock[J].Construction Technology, 2013, 42(7): 93-96,110.

[6] 孫星亮,侯永會. 斷層破碎帶隧道施工過程的三維數(shù)值模擬[J]. 石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報(bào),2006,19(2):9-12,38.

SUN Xingliang, HOU Yonghui. 3D numerical simulation of tunnel excavation in fragmentized zone at fault[J].JournalofShijiazhuangRailwayInstitute, 2006, 19(2): 9-12, 38.

[7] 楊會軍,胡春林,諶文武,等. 斷層及其破碎帶隧道信息化施工[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2004,23(2)2:3917-3922.

YANG Huijun, HU Chunlin, CHEN Wenwu, et al. Information construction of the tunnel in a fault and crush zone[J].ChineseJournalofRockMechanicsandEngineering, 2004, 23(2)2: 3917-3922.

[8] 龔紀(jì)文,席先武,王岳軍,等.應(yīng)力與變形的數(shù)值模型方法——數(shù)值模擬軟件FLAC介紹[J]. 華東地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào),2002,25(3):220-227.

GONG Jiwen, XI Xianwu, WANG Yuejun, et al. Numerical model method of stress and strain—Introduce to numerical model software FLAC[J].JournalofEastChinaGeologicalInstitute, 2002, 25(3): 220-227.

[9] 閆春嶺,丁德馨,崔振東,等. FLAC在鐵山坪隧道圍巖穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用[J]. 地下空間與工程學(xué)報(bào),2006,2(3):499-503.

YAN Chunling, DING Dexin, CUI Zhendong, et al. Application of FLAC in the stability analysis of Tieshanping tunnel surrounding rock[J].Chinese Journal of Underground Space and Engineering, 2006, 2(3): 499-503.

ParametersOptimizationofFractureBeltSupportBasedonNumericalAnalysisandFieldTest

RONG Yao1, WANG Chunyang2, SUN Yang1, MAO Mengyun1

(1.Jiangxi Transportation Institute, Nanchang 330052, Jiangxi, P.R.China; 2.Shool of River & Ocean Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, P.R.China)

In order to control the surrounding rock deformation and ensure the construction safety, combined with the phenomena that excessive deformation and local collapse appeared when Chuanding’ai Tunnel crossed the fault fracture zone, the supporting scheme that steel arch frame spacing was decreased with the increase of primary support strength was proposed. And two groups of programs were selected to carry out the comparative analysis research. Firstly, the steel arch and bolt were calculated respectively by numerical simulation; secondly, in the field monitoring experiment, two groups of test sections were selected; thirdly, the surrounding rock deformation, pressure jet concrete, steel arch stress and initial supporting surrounding rock pressure were monitored and tested on site with two different branch supporting parameters, which verified the feasibility of the support optimization. The research shows that in the primary support parameter optimization of fault fracture zone, the supporting effect of bolting is not ideal, whereas the effect of steel arch is significant, which has a good control effect on the large deformation of surrounding rock. Therefore, it is known that the support optimization measures with concentrating the steel arch support to increase the primary support strength and appropriately weakening the anchor to reduce the process and the cost is feasible when the tunnel crosses through the fault fracture zone.

tunnel engineering; fault fracture zone; steel arch; support optimization

10.3969/j.issn.1674-0696.2017.11.04

2016-08-15；

2017-04-21

江西省交通科技重點(diǎn)項(xiàng)目(2015C0015；2015C0016;2015C0019)

榮 耀(1979—)，男，江西萍鄉(xiāng)人，博士，主要從事隧道工程方面的研究。E-mail: kaian2010@qq.com。

U45

A

1674-0696(2017)11-016-07

(責(zé)任編輯：譚緒凱)