3．2 优化方案的数值模拟 

　　

 为验证所提出的建议优化方案的合理性，采用数值模拟分析方法，对隧道在建议支护

措施下的开挖过程进行了再次分析。模型除了初期支护锚杆仅布置在拱顶

12O0 范围，钢拱

架为格栅

12×15@150，同时拱墙和仰拱厚度调整为 35cm 外，其他与前述模型的建立相似，

其参数见表

1、2。

　　

 图 4 为隧道第 1 次开挖后围岩与初期支护计算结果。结果显示，在第 1 次开挖后，隧道

围岩整体受压，最大压应力集中在方向，量值为

5.O6MPa，位于拱与地面连接处。进一步

分析支护结构的弯矩可知，拱与地面连接处的弯矩较大，有应力集中现象，在施工中应对
其加以重视，加强监测。

 

　　

 图 5 为隧道第 2 次开挖支护后计算结果。计算结果显示，隧道围岩仍整体受压，最大应

力仍集中在方向，位于边墙与仰拱连接处，最大应力值为

4.87MPa。进一步分析支护结构弯

矩可知，仍有应力集中现象，施工中应加以重视。

 

　　

 以上数值模拟结果表明，隧道开挖过程中，采用建议支护优化措施后，围岩应力仍小

于其极限抗压强度，弯矩较小，可以保证施工安全。

 

　　

 3．3 优化方案的效果 

　　

 为验证所提出建议优化方案的合理性，施工过程中对 6 个断面进行了变形监测，监控

量测项目有拱顶下沉量测与周边位移量测

(图 6)，量测从 2O05 年 7 月 23 日陆续展开。以

ZK141+768m 监测断面为例，该断面拱顶下沉与周边收敛监测结果(均为 2005 年监测结果)。

 

　　

 监测结果显示，该断面最大拱顶下沉量为 5 mm，周边收敛量最大值小于 7 mm，下沉

速度与收敛速度均呈现收敛的趋势。因此，以该断面为代表的洞身围岩，在监测期间拱顶下
沉与周边收敛量均较小，下沉速度与收敛速度均呈现收敛的趋势，这表明洞身围岩在开挖
支护后变形较小，整体稳定，同时也说明优化设计效果明显。

 

　　

4、结语 

　　

 (1)所研究隧道围岩为水平岩层，由于层厚一般较大，未见薄层，受其影响，隧道开挖

后不会发生顶板弯折内鼓破坏，但受结构面切割与岩层层面组合影响，围岩易在拱顶产生
离层破坏，在拱肩处产生掉块现象。

 

　　

 (2)隧道围岩现场跟踪调查显示，隧道整体稳定，围岩原分级结果偏低，造成支护设计

偏于安全，需对围岩分级进行调整，对支护方案进行优化。由此也说明，针对隧道工程，尤
其是长大隧道，必须结合现场实际情况进行围岩分级，在确保快速、安全、经济、合理的情况
下，提供较优的设计方案。

 

　　

 (3)数值模拟结果对比分析、隧道拱顶下沉及周边收敛监测结果均显示，对所研究隧道

支护设计的优化是合理的，不但能够节约资金和保证安全，同时也大大缩短了工期，为其
他类似隧道的施工建设提供了有力参考。

 

　　

 (4)需要特别强调的是，由于隧道围岩主要由泥岩和粉砂质泥岩组成，而泥岩的试验结

果表明，其强度受水的影响较大，因此，施工过程中要做好防水。虽然本研究隧道中仅见到
少量局部渗水，但局部裂隙水的存在也不容忽视，尤其是雨季靠近洞口段，极可能会由于
上部裂隙与隧道贯通而造成一定程度的负面影响。

 

　　

 参考文献： 

　　

[1] 张倬元，王士天，王兰生．工程地质分析原理[M]．北京：地质出版社，1981． 

　 　

[2]  张 勇， 张子 新， 华安 增． 高速 公路 隧道 的围 岩变 形特 性 [J] ． 中南 公路 工程 ，

20O1，26(3)：12―14． 
　　

[3] 刘劲勇．连拱隧道围岩与支护结构稳定性研究[D]．武汉：武汉理工大学，2005． 

　　

[4]  林刚，何川．双连拱公路隧道支护结构体系试验研究 [J]．西南交通大学学报，