山岭公路隧道洞口段仰坡加固分析

李晨 董清哲 徐东强

【摘 要】以承赤高速公路锥子山1号隧道右线为工程背景，针对洞口段V级围岩仰坡采用地表锚杆注浆加固进行分析。数值模拟结果表明，在不影响隧道开挖对围岩位移、塑性区体积的情况下，地表锚杆注浆加固仰坡能够使仰坡位移减小，能增强隧道仰坡的稳定性。

【关键词】仰坡加固；地表注浆；数值模拟

1.引言

仰坡稳定性的分析，大都采用极限平衡法和有限元数值分析法。刘小兵[ ]等将土质的圆弧破坏面转动平衡分析法运用于洞口仰坡稳定性分析中。付黎龙[ ]等运用离散元软件UDEC对仰坡的稳定性进行分析，并提出仰坡加固措施。李军[ ]等研究预应力锚索对边坡的加固效应，锚索—框架梁复合式加固边坡能有效抑制边坡承载能力的降低，提高边坡的稳定性。

2.工程概况

隧道右线长251m，岩体力学参数为 =20～30%， =23.9MPa，围岩为薄层状、破裂结构， =0.35～0.15，地下水修正系数 =0.4，计算[BQ]=214.2.属于V级围岩。

3.数值模拟分析

3.1模型的建立

围岩、支护结构与注浆材料的计算参数根据隧道地质勘察报告与《公路隧道设计细则》（JTG/T D70-2010）[ ]进行选取，围岩采用Hoek-Brown准则[ ]实体单元，参数分别为E=1.4GPa，μ=0.38，γ=1850， =1.161， =0.0001， =0.516， =20MPa， =0，仰坡注浆采用弹性模型实体单元，参数分别为E=21GPa，μ=0.25，γ=2200。

3.2结果分析

（1）仰坡竖向位移变化

图1为仰坡加固前后竖向位移与纵向位移情况。由图可知，隧道仰坡加固范围内（由坡脚至坡腰处）竖向沉降明显减小，坡脚处减小幅度最大，达到14.4%；加固后，坡面最大沉降值呈现在跟踪点5（沿隧道纵向12m）处。坡顶未加固地段竖向沉降值与加固前一致，说明加固能够控制竖向位移的发展。

图1 竖向位移与纵向位移关系曲线

由图1可知，仰坡加固范围内仰坡纵向沉降坡腰处明显减小，坡脚处有所增大，跟踪点4（沿隧道纵向9m）处减小幅度最大，达到33.26%；加固后，从各跟踪点沉降变化曲线看，有利于仰坡的稳定。

（2）塑性区体积变化

图2为仰坡加固前后塑性区体积随开挖面位置变化曲线。由图可知，在仰坡加固段（即从洞口沿隧道纵向15m）内，仰坡加固前后隧道塑性区体积不随开挖面推进而发生变化；在坡腰至坡顶段，仰坡加固后隧道塑性区体积比仰坡加固前略大；隧道开挖结束时，仰坡加固后塑性区体积达到22071立方米，比仰坡加固前大0.85%。

图2 塑性区体积变化曲线

（3）洞门竖向位移变化

图3 隧道洞门竖向位移云图

由图3所示，仰坡加固前后，洞门竖向位移云图一致，洞门顶部有沉降，与隧道围岩相接处有拱起。仰坡加固了隧道洞口上方3m范围内围岩，则仰坡加固后洞门混凝土竖向最大沉降值较小达到0.69911mm，比加固前较小了6.94%；而洞门混凝土竖向拱起值变化不大，不受仰坡加固的影響。

4.主要结论

通过分析隧道仰坡加固前后竖向沉降的变化，可以得出以下结论：

1.在不影响隧道开挖对围岩竖向位移、塑性区体积的情况下，地表锚杆注浆加固隧道仰坡能使仰坡竖向位移减小最大达14.4%，纵向位移减小最大达33.26%，能使洞门竖向位移减小6.94%。说明地表锚杆注浆在地表加固仰坡有明显效果，能稳定仰坡坡面，增强隧道仰坡坡脚的稳定性。

2.在仰坡加固段内，加固前后隧道塑性区体积不随开挖面推进而发生变化，说明地表锚杆注浆不会对隧道开挖产生影响，不会产生塑性变形。水平锚杆注浆能够起到加固隧道仰坡稳定性作用，为工程提供参考。

参考文献：