基于压力拱发展规律的隧道初次支护时机研究

摘要

本文依托济莱高铁宅科隧道工程，利用现场监测和FLAC^3D数值模拟的方法，基于隧道应力传递路径的改变探究压力拱形成机制和分布范围，得出隧道纵截面压力拱形态特征图，引入位移完成率衡量围岩的开挖扰动程度，建立位移完成率和应力释放率的对应关系，得到最优初次支护时机。研究结果表明：在隧道开挖过程中，上部围岩中应力逐渐偏转，围岩荷载逐渐向四周传递，最终达到新的应力平衡状态，即在隧道四周产生形成封闭环状应力现象的压力拱；隧道仰拱靠近拱脚部位围岩产生应力集中，在1.8D（D为隧道截面宽度）范围内的围岩均参与成拱效应，承担隧道拱部上方的围岩荷载；对塑性区体积率进行计算与分析，认定70%～80%应力释放率较为缓慢，应作为最佳初期支护时间点；在开挖时隧道初期支护滞后于掌子面的距离宜控制在4.3～7.6 m。

关键词

山区隧道 / 压力拱 / 动态发展 / 应力释放 / 支护时机