探讨梅树岭隧道偏压浅埋段暗挖设计

王喆鹏

摘要：本文结合作者多年工作经验及工程案例，针对梅树岭隧道设计，进到了简要的分析探讨；

关键词：梅树岭隧道；设计；

一、概述

随着高速铁路及客运专线此类大曲线半径铁路大规模建设，对隧道洞口位置的选择限制尤为明显，由此洞口浅埋、偏压地形将在今后的隧道中普遍出现。例如在新建京福铁路客运专线201座隧道中，有超过50%的隧道洞口存在不同程度的浅埋偏压。隧道结构断面大、地形浅埋、偏压，地质条件复杂等不利因素对铁路隧道的设计和施工造成了很大的难度。

本文以京福铁路客运专线梅树岭隧道作为工程背景，采用有限元方法模拟偏压条件下隧道施工工况， 对浅埋偏压隧道处理措施效果进行评估

梅树岭隧道位于江西省上饶市境内，隧道全长737m，为新建京福铁路客运专线设计时速350公里的双线铁路隧道，隧道开挖断面超过150m3。隧道出口DK503+628~+671段埋深2~7m，该段地表左低右高，垂直与线路方向地面坡均超过1:1.25，部分断面已达到1.0.8，属严重偏压，地形平面如图1所示，该段地表为粉质粘土为剥蚀丘陵区，植被茂密，多为灌木、杂草等。地表为粉质粘土Qel+dl,层厚6~10米，下伏全风化花岗闪长岩ηγ52，褐黄色，呈砂土状。

二、设计措施

隧道采取暗法挖施工，结构采用Ⅴb型复合式衬砌，结构最大尺寸为14.8×12.5（宽×高），隧道断面形式如图2所示，初期支护采用WH175型钢支护，间距0.6米，二次衬砌为50cm厚钢筋混凝土，采用φ108洞口长管棚超前支护，环向间距0.4m。

为减小偏压地段隧道右侧围岩侧压力，设计考虑在洞口右侧采用钢花管地表注浆对粘土及全风化地层进行加固；为防止在偏压作用下隧道结构产生滑移在隧道左侧设置5根锚固桩，并在锚固桩洞顶左侧反压回填10%水泥稳定碎石土以减小偏压对对隧道衬砌的影响,加固措施横断面如图3所示。

三、计算模型与计算工况

为了更接近真实情况,在模拟分析过程中,按照原地质剖面建模，以天然分界线为界，建立了上、中、下三种岩土体，分别为全风化、中风化、弱风化带（Plane42单元）。另按实际情况建立了隧道左上方的反压区；一衬、二衬以plane42单元划分；钢拱架、抗滑桩以beam3单元划分。钢拱架、抗滑桩在纵向（隧道轴线方向）按单位延米进行折算。

实际施工过程中，顺序为初支-钢拱架-二衬，这里主要关心二衬施作之前的支护结构状态，因此模型计算中使用了Ansys中的生死单元技术，在此阶段对二衬单元予以杀死。对模型施加重力进行计算，则可模拟开挖土体导致土层损失，重力重分布并重新达到平衡后的状态，相当于开挖荷载一次性释放。

计算参数如下:

初支厚度：0.28m；钢拱架型号：HW175型钢；二衬厚度：0.5m

平面单元2082个,梁单元97个,所有单元共2179个，节点数2286。数值模拟计算参数如表1 所

示,将计算结果取图,如图2～8 所示。

图中可见偏压隧道的受力机理，右上侧受到明显的作用，同时因为抗滑桩的作用，隧道左下部横向变位相对较小，受力相对也较小。

五、结论

1、在极度偏压地形条件下，隧道后边土体对隧道初期支护的弯矩主要集中在拱部、高山侧墙角以及低山侧拱脚，低山侧拱脚处尤其明显。在该隧道中，高山侧初期支护所承受的弯矩仅为高低山侧的42%，左右侧受力不均是导致初支变形的主要因素。

2、反压回填有效的降低了初期支护的结构受力。反压回填后，低山侧拱脚弯矩仅有原来的25%左右，拱部也仅有原来的40%左右。对初支变形有了很好的控制。

3、抗滑桩很大程度上控制了因隧道开挖后受力不均导至向山体向低山测的位移。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。