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第39卷第3期2013年1月
SHANXI
山西
ARCHITECTURE
建筑
Vol．39No．3Jan．2013
·桥梁·隧道·
文章编号：1009-6825（2013）03-0150-03
浅埋偏压隧道围岩稳定性数值分析研究
刘天宇
（中油辽河工程有限公司，辽宁盘锦124010）
★
要：以红石沟隧道为工程实例，针对隧道入口段浅埋偏压的情况，建立数值计算模型，运用数值模拟软件FLAC 对隧道入口
段进行模拟，分析了隧道开挖状态下围岩应力场、位移场、塑性区的变化特征，为工程设计和施工提供了依据。摘
关键词：偏压隧道，围岩应力，围岩位移，塑性区，数值模拟中图分类号：U451．2
文献标识码：A
3D
0引言
2．1计算模型建立及计算参数
工程中偏压隧道一般是指受偏压荷载（不对称压力）的隧道。产生偏压的主要原因有地形原因和地质原因。地形上原因是洞地面横坡显著倾斜，多见于洞口浅埋地段及傍山浅顶覆盖较薄，［1］
埋地段。地质上，若围岩为倾斜层状结构，层间粘结力差、伴随或洞身有倾角较陡的软弱结构面，围岩一有害节理裂隙切割时，
一部分较硬时，或存在软弱夹层断裂带时容易发生偏部分较软、
压。另外，施工期间因各种原因造成的一侧塌方，也易形成显著［2］
偏压。
“荷载—对于浅埋偏压隧道，在力学形态分析上，一般可采用
［3］
结构”模型，但其荷载及结构分析方法具有特殊性；在围岩变形上由于荷载的不对称，而造成变形的不对称，在设计时应采用不同的支护方式；在开挖施工时也应对断面采用不同的开挖顺序
［4］
本文依据红石沟隧道入口处现场实际地质概况建立了如图2
Y 轴为所示的三维计算模型，计算坐标系X 轴沿隧道轴线方向，Z 轴竖直向上。计算范围为：X 方向长度为250m ，Y 方水平方向，
Z 方向最大厚度约129m 。模型共有50．1万个单向长度100m ，
8．7万个节点。材料屈服准则采用Mohr-Coulomb 准则。边界条元，
件设置为四个侧面和一个底面施加法向位移约束，顶面为自由面。
隧道入口
断层
。对此本文将以西气东输三线西段红石沟隧道工程为依托，
图2数值计算模型
3D
利用有限元软件（FlAC ）对浅埋偏压隧道围岩的受力特性和变形特性进行分析。
根据红石沟隧道的地质报告和现场实地勘察发现，隧道洞口处的围岩为砂岩，隧道入口一直到隧道掌子面区间的岩体为泥岩与砂岩的胶结物，而且其强度较低，通过室内试验对岩体参数进行了测试，获得计算参数见表1。
表1
岩性砂岩夹砾砂岩
弹性模量
E 0/GPa1．761．18
1工程概况
拟建红石沟隧道位于宁夏回族自治区中卫市迎水桥镇孟家湾村，隧道自西向东方向穿越红石沟山脉，地形高低起伏大，切割深，山谷陡峻、纵横交错，通视条件较好。从大的地貌上看隧址区东
进洞口（西侧）地形起伏较大，自然坡角在40ʎ 西两侧高程相当，
80ʎ ，坡高约60m ；洞口上方无植被覆盖，表层基岩裸露，局部位置
呈松散堆积有层厚约0．5m 的由砂岩风化坡残积而成的碎石，状。岩体以砂岩为主，较为完整。但是，隧址区附近地区断裂构造
地质构造复杂，新构造运动较为活跃。隧道K0+124m 较为发育，
位置附近发现有一处小型断裂：该断层为正断层，带宽约为
1．5m ，断层产状50ʎ ∠70ʎ 。
隧道入洞口全貌见图1。
岩体计算参数
内摩擦角
φ0/（ʎ
）
105
凝聚力
C
0/MPa0．20．1
抗拉强度T 0/MPa
10．5
泊松比μ0．190．34
a ）距进洞口5m b ）距进洞口10m
c ）距进洞口20m ｄ）距进洞口30m
图1
红石沟隧道进洞口地形地貌
图3隧道进洞口不同断面围岩变形云图
2数值模拟及结果分析
11-14收稿日期：2012-
2．2数值计算结果分析
★：国家自然科学基金资助项目（项目编号：51109035）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（项目
编号：N110401006；N110301006）
作者简介：刘天宇（1979-），男，工程师