V 级围岩小净距隧道二次衬砌支护荷载分担比优化研究 sup ① _sup _罗贞焱.pdf

Ｖ 级围岩小净距隧道二次衬砌支护荷载分担比优化研究 ① 罗贞焱， 史秀志， 代 转， 丁春胜 （中南大学 资源与安全工程学院，湖南 长沙 ４１００８３） 摘 要 以某 Ｖ 级围岩小净距隧道为研究对象，借助数值分析手段寻求小净距隧道在多种荷载分担比组合下的力学行为特征，研 究了先行洞和后行洞围岩支护的荷载分担比优化问题。 结果表明，先行洞在围岩和初期支护共同荷载比不变的情况下，围岩相对 初期支护承担较小荷载为宜，二次衬砌荷载分担比的优化值为从大往小趋向 ６０％；后行洞在二次衬砌荷载分担比 ６０％条件下，二次 衬砌支护对地表沉降抑制效果较差，确定二次衬砌支护荷载分担比的优化值为从大往小趋向 ７０％。 研究成果为类似小净距隧道围 岩支护荷载分担比优化提供了新的思路。 关键词 小净距隧道； Ｖ 级围岩； 隧道支护； 二次衬砌； 荷载分担比 中图分类号 ＴＤ７６文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３-６０９９．２０２０．０２．００５ 文章编号 ０２５３-６０９９（２０２０）０２-００２４-０４ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｌｏａｄ-Ｓｈａｒｉｎｇ Ｒａｔｉｏ ｏｆ Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｌｉｎｅｒ Ｓｕｐｐｏｒｔ ｆｏｒ Ｓｍａｌｌ-Ｃｌｅａｒａｎｃｅ Ｔｕｎｎｅｌ ｗｉｔｈ Ｖ-Ｇｒａｄｅ Ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ Ｒｏｃｋ ＬＵＯ Ｚｈｅｎ-ｙａｎ， ＳＨＩ Ｘｉｕ-ｚｈｉ， ＤＡＩ Ｚｈｕａｎ， ＤＩＮＧ Ｃｈｕｎ-ｓｈｅｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ＆ Ｓａｆｅｔｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００８３， Ｈｕｎａｎ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａ ｓｍａｌｌ-ｃｌｅａｒａｎｃｅ ｔｕｎｎｅｌ ｗｉｔｈ Ｖ-ｇｒａｄｅ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｗａｓ ｔａｋｅｎ ａｓ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｂｊｅｃｔ． Ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｍａｌｌ-ｃｌｅａｒａｎｃｅ ｔｕｎｎｅｌ ｕｎｄｅｒ ｖａｒｉｏｕｓ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｌｏａｄ-ｓｈａｒｉｎｇ ｒａｔｉｏｓ ｗｅｒｅ ｅｘｐｌｏｒｅｄ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｏａｄ-ｓｈａｒｉｎｇ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｓｕｐｐｏｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ａｎｔｅｃｅｄｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｔｕｎｎｅｌｓ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｗｈｅｎ ｃｏｍｍｏｎ ｌｏａｄ ｒａｔｉｏ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｉｍａｒｙ ｓｕｐｐｏｒｔ ｋｅｅｐ ｕｎｃｈａｎｇｅｄ， ｔｈｅ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅａｒ ａ ｓｍａｌｌｅｒ ｌｏａｄ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｔｏ ｔｈｅ ｐｒｉｍａｒｙ ｓｕｐｐｏｒｔ． Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｌｏａｄ-ｓｈａｒｉｎｇ ｒａｔｉｏ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｌｉｎｅｒ ｓｈａｌｌ ｂｅ ｒｅｄｕｃｅｄ ｆｒｏｍ ｌａｒｇｅ ｔｏ ｓｍａｌｌ， ｆｉｎａｌｌｙ ａｐｐｒｏａｃｈｉｎｇ ６０％． Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｌｏａｄ-ｓｈａｒｉｎｇ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｌｉｎｅｒ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｔｕｎｎｅｌ ｉｓ ａｐｐｒｏａｃｈｉｎｇ ６０％， ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｌｉｎｅｒ ｈａｓ ａ ｐｏｏｒ ｅｆｆｅｃｔ ｉｎ ｔｈｅ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ． Ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔｌｙ， ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｌｏａｄ-ｓｈａｒｉｎｇ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｌｉｎｅｒ ｉｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｔｏ ａｐｐｒｏａｃｈ ７０％， ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ ｆｒｏｍ ｌａｒｇｅ ｔｏ ｓｍａｌｌ． Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｎｅｗ ｉｄｅａ ｆｏｒ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏａｄ-ｓｈａｒｉｎｇ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｓｍａｌｌ-ｃｌｅａｒａｎｃｅ ｔｕｎｎｅｌｓ ｗｉｔｈ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｓｕｐｐｏｒｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｓｍａｌｌ ｃｌｅａｒ-ｃｌｅａｒａｎｃｅ ｔｕｎｎｅｌ； Ｖ-ｇｒａｄｅ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ； ｔｕｎｎｅｌ ｓｕｐｐｏｒｔ； ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｌｉｎｅｒ； ｌｏａｄ-ｓｈａｒｉｎｇ ｒａｔｉｏ 两个隧洞的净距（即中间岩柱厚度）小于某一规 定值时，称其为小净距隧道［１］。 山岭隧道由于地形条 件限制，不可避免地采用小净距隧道或连拱隧道［２］。 相比连拱隧道，小净距隧道具有对地质和地形条件适 应性较强、施工工艺较为简单、结构形式较单一、防水 处置较方便、造价较低等优点［３］，使得小净距隧道应 用越来越广泛。 隧道的有效支护可抑制地表沉降、隧道围岩变形、 中夹岩柱失稳以及隧道冒顶片帮。 小净距隧道围岩支 护一般包括初期支护和二次衬砌支护，较优的围岩、初 支和二衬荷载力学分担机制有利于隧道安全稳定。 荷 载分担比指围岩、初支和二衬承担围岩释放荷载分别 占围岩总荷载的百分比。 当隧道围岩稳定性较差时， 对隧道围岩支护的荷载分担比的优化研究，选取较优 的二衬荷载分担比，具有良好的安全效益与经济价值。 目前国内外对于小净距隧道的研究主要集中在小 净距隧道相互影响效应［４-６］、小净距隧道的稳定性分 析［７-９］和小净距隧道稳定性的影响因素［９-１３］等方面， ①收稿日期 ２０１９-１０-２３ 基金项目 国家自然科学基金（５１２７４２５０） 作者简介 罗贞焱（１９８５-），男，湖南邵阳人，博士，主要从事岩土稳定性分析与安全预警技术的研究。 第 ４０ 卷第 ２ 期 ２０２０ 年 ０４ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．４０ №２ Ａｐｒｉｌ ２０２０ ChaoXing 针对小净距隧道围岩支护的荷载分担机制优化的研究 很少。 本文以某 Ｖ 级围岩小净距隧道为研究对象，参照 相关标准规范［１，１４］，采用荷载释放法分析隧道在多种 荷载分担比组合下的力学行为特征，研究了先行洞和 后行洞围岩支护的荷载分担机制优化问题。 １ 隧道施工说明及力学参数 隧道进口段为隧道浅埋段，地表为粉质粘土，隧道 围岩主要为强风化炭质灰岩，岩体较破碎，岩质较软， 修正的围岩基本质量指标［ＢＱ］ ＜２５０，弹性纵波速 １ １００～１ ３００ ｍ／ ｓ，围岩等级为 Ｖ 级，围岩无自稳能力。 隧道围岩物理力学指标重度 ２４ ｋＮ／ ｍ３，弹性模量 ３．０ ＧＰａ，泊松比 ０．２７，内摩擦角 ２３，粘聚力 ０．１ ＭＰａ， 抗拉强度 ０．０１ ＭＰａ。 隧道按新奥法原理设计和施工，采用柔性支护体 系结构的复合衬砌，即锚杆、钢筋网和喷射混凝土为初 期支护，二次衬砌采用钢筋混凝土衬砌，并在两次衬砌 之间铺设土工布和防水板。 初期支护的系统锚杆为 Ｄ２５ 普通中空注浆锚杆， 锚杆长 ４．０ ｍ，锚杆间距 ６０ ｃｍ １００ ｃｍ； 中夹岩柱的 系统锚杆 Ｄ２５ 涨壳式预应力注浆锚杆，锚杆长 ７．０ ｍ， 锚杆间距 ６０ ｃｍ １００ ｃｍ； 钢筋网为双层 Φ８ ｍｍ 钢筋 网，间距 ２０ ｃｍ ２０ ｃｍ， 喷射混凝土 Ｃ２５ 喷射砼，厚 １０ ｃｍ。 二次衬砌采用钢筋混凝土（Ｃ３０ 砼），拱顶、边墙 （钢筋）厚度为 ５０ ｃｍ；仰拱（钢筋）厚度为 ５０ ｃｍ。 参照公路隧道设计细则 ［１４］，Ｖ 级围岩采用复合 式支护建造公路隧道时，应确定合适的释放荷载分担 比，保证支护结构和围岩组成联合受力的整体，共同承 受释放荷载的作用。 Ｖ 级围岩隧道的围岩、初支和二 衬的释放荷载分担比建议值围岩、初支共同荷载分担 比为 ２０％～４０％，二衬荷载分担比 ８０％～６０％。 初期支护物理力学参数锚杆重度 ７８ ｋＮ／ ｍ３，弹性 模量 ２０５ ＧＰａ，粘结强度 ８ １０５ＭＰａ，抗拉力 ３ １０５Ｎ， 抗压力 ３ １０５Ｎ；初衬重度２３ ｋＮ／ ｍ３，弹性模量１５ ＧＰａ， 抗拉力８ １０４Ｎ，抗压力３ １０５Ｎ，惯性矩０．００２２５ ｍ４。 二衬的物理力学指标钢筋混凝土重度 ２５ ｋＮ／ ｍ３， 弹性模量 ２９．５ ＧＰａ 泊松比 ０．２，内摩擦角 ５８，粘聚力 ２．５８ ＭＰａ，单轴抗拉强度 １．２ ＭＰａ。 ２ 小净距隧道二衬荷载分担比优化分析 ２．１ 数值分析流程与建模 细则给出 Ｖ 级围岩隧道建议的围岩支护的荷载 分担比值区间范围，需要研究区间范围内哪个值相对 较优，即围岩支护荷载分担机制优化问题。 而小净距 隧道由于存在隧洞先后开挖的问题，需对先行洞和后 行洞分别探讨荷载分担比优化问题。 数值分析采用荷载释放法逐步释放荷载分析隧道 施工的三个阶段的力学行为特征，第一阶段隧道开挖 围岩全部暴露，控制围岩承担的荷载；第二阶段初期 支护阶段，将锚杆和初衬加入，控制初期支护承担的荷 载；第三阶段二次衬砌支护阶段，控制二衬支护承担 的荷载。 分别获取三个阶段地表沉降曲线和隧道封闭 位移，数值分析流程见图 １。 隧洞开挖 调用程序控制应力释放 初期支护 调用程序控制应力释放 二次衬砌支护 调用程序控制应力释放 建立模型 初始平衡 地表沉降曲线 隧道封闭位移 地表沉降曲线 隧道封闭位移 地表沉降曲线 隧道封闭位移 数据分析 围岩支护荷载比优化 图 １ 数值分析流程 小净距隧道需要考虑先行洞和后行洞的工序影 响，根据实际工程情况建立数值分析模型。 隧道围岩 选用实体单元建立，锚杆、初期衬砌分别选用 ｒｏｃｋｂｏｌｔ 和 ｌｉｎＥａｒ 结构单元。 二次衬砌由于厚度较大选用实体 单元。 数值分析模型见图 ２。 图 ２ 数值分析模型 ２．２ 模拟工况设定 由于Ⅴ级围岩无自稳能力，隧道开挖围岩释放的 荷载主要由二衬来承担，而围岩与初支承担的较小，设 定 ９ 种模拟工况，各工况的围岩、初支和二衬的荷载分 担比见表 １，荷载分担比组合参照细则建议值进行 设置。 ５２第 ２ 期罗贞焱等 Ｖ 级围岩小净距隧道二次衬砌支护荷载分担比优化研究 ChaoXing 表 １ Ⅴ级围岩隧道围岩支护荷载分担比 工况 荷载分担比／ ％ 围岩初支二衬 １５１５８０ ２１０１０８０ ３１５５８０ ４１０２０７０ ５１５１５７０ ６２０１０７０ ７１０３０６０ ８２０２０６０ ９３０１０６０ ２．３ 先行洞二衬荷载分担比优化分析 通过分析先行洞（右洞）在二衬荷载分担比分别 为 ８０％、７０％和６０％条件下不同工况的力学行为，得到 地表沉降位移曲线见图 ３。 中线两侧距离/m 0 -8 -16 -24 -32 -40 -48 -40-60-200204060 地表沉降位移/mm 4-1 4-2 5-2 6-2 5-1 6-1 4-3 5-3 6-3 4-1 工况4-围岩 5-1 工况5-围岩 6-1 工况6-围岩 4-2 工况4-初支 5-2 工况5-初支 6-2 工况6-初支 4-3 工况4-二衬 5-3 工况5-二衬 6-3 工况6-二衬 中线两侧距离/m 0 -8 -16 -24 -32 -40 -48 -40-60-200204060 地表沉降位移/mm 7-1 7-2 8-2 9-2 8-1 9-1 7-3 8-3 9-3 7-1 工况7-围岩 8-1 工况8-围岩 9-1 工况9-围岩 7-2 工况7-初支 8-2 工况8-初支 9-2 工况9-初支 7-3 工况7-二衬 8-3 工况8-二衬 9-3 工况9-二衬 中线两侧距离/m 0 -8 -16 -24 -32 -40 -40-60-200204060 地表沉降位移/mm 1-1 1-2 2-2 3-2 2-1 3-1 1-3 2-3 3-3 1-1 工况1-围岩 2-1 工况2-围岩 3-1 工况3-围岩 1-2 工况1-初支 2-2 工况2-初支 3-2 工况3-初支 1-3 工况1-二衬 2-3 工况2-二衬 3-3 工况3-二衬 a b c 图 ３ 先行洞不同二衬荷载分担比下的地表沉降 （ａ） ８０％； （ｂ） ７０％； （ｃ） ６０％ 围岩荷载分担比为 ５％、１０％、１５％、２０％、３０％时， 地表沉降最大位移分别达到了 ２ ｍｍ（曲线 １-１）、４ ｍｍ （曲线 ２-１）、７ ｍｍ（曲线 ３-１）、１０ ｍｍ（曲线 ６-１）、１６ ｍｍ （曲线 ９-１），呈现出非线性增长趋势，可见初期支护可 以有效抑制地表沉降的增长。 从图 ３ 可以看出，围岩和初支共同承担荷载比对 地表沉降起主要作用。 当围岩和初支共同承担荷载比 不变的情况下，围岩荷载分担比越大，地表沉降位移越 明显，这可以从先行洞开挖完毕后曲线 １-２～３-２、４-２～ ６-２ 及 ７-２～９-２ 中得到反映，说明围岩相对初支承担较 小荷载为宜。 二衬荷载分担比为 ８０％时，地表最大沉降位移为 ３６ ｍｍ；二衬荷载分担比为 ７０％和 ６０％时，地表最大沉 降位移量分别为 ４０ ｍｍ 和 ４６ ｍｍ。 说明二衬荷载分 担比越大，地表沉降越小，但彼此相差不大。 由于Ⅴ级围岩稳定性较差，具有一定流变效应，围 岩不宜承担较大荷载，隧道开挖后宜尽快进行初期支 护，初支后锚杆和衬砌与围岩紧密贴合，在一定程度上 也受围岩流变影响。 从施工成本、难易程度和施工效 率来说，二衬的荷载分担比越大，其施工成本越大，施 工难度越大、施工效率越低。 经分析先行洞的二衬荷 载分担比在 ６０％～８０％区间的最终沉降位移量相差不 大，考虑到成本和效率等因素，确定先行洞二衬荷载分 担比的优化值为从大往小趋向 ６０％。 ２．４ 后行洞二衬荷载分担比优化分析 先行洞二衬支护完成后，后行洞（左洞）开挖至先 行洞支护段时，假设先行洞围岩荷载完全释放，后行洞 数值分析也采用表 １ 中的工况。 在后行洞二衬荷载分 担比分别为８０％、７０％和６０％时，获取不同荷载分担比 的地表沉降位移曲线见图 ４。 后行洞在围岩和初支共同承担 ２０％和 ３０％总荷 载条件下，此时围岩和初支共同荷载比和相互荷载比 对地表沉降的影响不大；当围岩和初支共同承担 ４０％ 总荷载时，围岩承担荷载比对地表沉降影响大。 后行洞二衬荷载分担比为 ７０％和 ８０％条件下地 表沉降位移最大分别为 ５２ ｍｍ 和 ５８ ｍｍ，说明两种条 件下二衬对地表沉降影响相差不大。 二衬荷载分担比 为 ６０％条件下，地表最大地表沉降位移为 ７５ ｍｍ，最大 沉降点位置也偏移至中线左侧，与二衬荷载分担比为 ７０％及 ８０％条件相比，二衬对地表沉降抑制效果较差。 由此可分析出二衬荷载分担比不宜小于 ７０％，可 将 ７０％作为二衬荷载分担比优化临界值，确定后行洞 二衬荷载分担比的优化值为从大往小趋向 ７０％。 ６２矿 冶 工 程第 ４０ 卷 ChaoXing 中线两侧距离/m 0 -8 -16 -24 -32 -40 -48 -56 -64 -40-60-200204060 地表沉降位移/mm 7-3 4-1 5-1 6-1 4-2 5-2 6-2 8-3 9-3 4-3 5-3 6-3 4-1 工况4-围岩 5-1 工况5-围岩 6-1 工况6-围岩 4-2 工况4-初支 5-2 工况5-初支 6-2 工况6-初支 4-3 工况4-二衬 5-3 工况5-二衬 6-3 工况6-二衬 中线两侧距离/m 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -40-60-200204060 地表沉降位移/mm 8-2 9-1 9-2 7-1 8-1 7-2 7-1 工况7-围岩 8-1 工况8-围岩 9-1 工况9-围岩 7-2 工况7-初支 8-2 工况8-初支 9-2 工况9-初支 7-3 工况7-二衬 8-3 工况8-二衬 9-3 工况9-二衬 中线两侧距离/m 0 -8 -16 -24 -32 -40 -48 -56 -40-60-200204060 地表沉降位移/mm 1-1 2-1 1-2 2-2 3-1 3-2 1-3 2-3 3-3 1-1 工况1-围岩 2-1 工况2-围岩 3-1 工况3-围岩 1-2 工况1-初支 2-2 工况2-初支 3-2 工况3-初支 1-3 工况1-二衬 2-3 工况2-二衬 3-3 工况3-二衬 a b c 图 ４ 后行洞不同二衬荷载分担比下的地表沉降 （ａ） ８０％； （ｂ） ７０％； （ｃ） ６０％ ２．５ 隧洞围岩封闭位移分析 不同工况 Ｖ 级围岩小净距隧洞施工各阶段隧洞 围岩垂直封闭位移见表 ２，可以看出无论先行洞还是 后行洞，当二衬荷载分担比不变时，围岩承担的荷载分 表 ２ 不同工况小净距隧道施工各阶段的垂直封闭位移 工况 先行洞垂直封闭位移／ ｍｍ后行洞垂直封闭位移／ ｍｍ 围岩初支二衬围岩初支二衬 １５．０２１７．８２７４．７１５．４１１８．４７７６．９３ ２１０．０５１８．４１７５．２８１０．５９１９．１０７７．６７ ３１５．０９１９．４６７６．０７１５．８０２０．２２７８．６３ ４１０．０４２６．９４７７．８９１０．７０２７．９４８０．７４ ５１５．１０２８．３１７８．８５１５．９２２９．４０８１．８３ ６２０．４７２９．５６７９．８０２１．３９３０．７０８２．９８ ７１０．０４３５．７５８０．７２１０．８２３７．２７８４．１８ ８２０．４７３８．６６８３．６３２１．５０４０．２６８７．３８ ９３３．４９４３．３２８７．３７３４．０３４８．５１９８．５３ 担比相对初支越大，则隧道各个阶段的垂直封闭位移 越大，因此围岩相对初支承担较小荷载为宜。 先行洞二衬荷载分担比为８０％、７０％和６０％时，隧 道各阶段垂直封闭位移呈增长趋势，围岩和初支荷载 比的相互变化对二衬垂直封闭位移影响不大，所有工 况的最终垂直封闭位移相差不大，工况 ９ 比工况 １ 相 比位移差仅为 １２．６ ｍｍ。 考虑到成本和效率等因素， 确定先行洞二衬荷载分担比的优化值为从大往小趋向 ６０％，与上文分析一致。 后行洞二衬荷载分担比为 ６０％时，围岩和初支荷 载分担比的相互变化对二衬垂直封闭位移影响较大， 工况 ９ 比工况 ７ 位移要大 １４．４ ｍｍ，所以二衬荷载分 担比宜大于 ６０％。 当二衬荷载分担比为 ７０％时，工况 ４～５ 的二衬垂直封闭位移变化不大，可作为后行洞二 衬荷载分担比的优化临界值，与上文分析基本一致。 ３ 结 论 １） 以某 Ｖ 级围岩小净距隧道为研究对象，借助数 值分析手段寻求小净距隧道在多种荷载分担比组合下 的力学行为特征，研究了先行洞和后行洞围岩的二衬 荷载分担比优化问题。 ２） 先行洞在围岩和初支共同承担荷载比不变的 情况下，围岩荷载分担比越大，地表沉降位移越明显， 因此围岩相对初支承担较小荷载为宜。 二衬荷载分担 比为 ８０％、７０％和 ６０％条件下，二衬承担的荷载比越 大，地表沉降越小，但彼此相差不大。 考虑到成本和效 率等因素，确定二衬荷载分担比的优化值为从大往小 趋向 ６０％。 隧洞围岩封闭位移分析与其一致。 ３） 后行洞在二衬荷载分担比为 ７０％和 ８０％条件 下，地表沉降位移相差不大，而在二衬荷载分担比为 ６０％条件下，围岩承担荷载比对地表沉降影响大，二衬 支护对地表沉降抑制效果较差。 可将 ７０％作为二衬 荷载分担比优化临界值，确定后行洞二衬荷载分担比 的优化值为从大往小趋向 ７０％。 隧洞围岩封闭位移 分析与其基本一致。 参考文献 ［１］ ＪＴＧ Ｄ７０／２２０１４， 公路隧道设计规范［Ｓ］． ２０１４． ［２］ 何 珺． 非对称小净距隧道施工力学行为研究［Ｄ］． 北京北京交 通大学土木建筑工程学院， ２０１８． ［３］ 周 飞． 土质小净距隧道空间效应力学特性研究及适用性优化［Ｄ］． 西安长安大学建筑学院， ２０１７． ［４］ 李建林，吴金刚，毕 强． 大跨度小净距公路隧道设计与施工方法 研究［Ｊ］． 现代隧道技术， ２０１９，５６（５）１５７-１６２． （下转第 ３２ 页） ７２第 ２ 期罗贞焱等 Ｖ 级围岩小净距隧道二次衬砌支护荷载分担比优化研究 ChaoXing 用人工砂混凝土可以节约建筑材料费用 １ ２５５．８ 万元。 同时，人工砂可就地取材，利用施工中开采出的碎石进 行制备，取代一定量的河砂，减少了河砂的运输成本， 解决了碎石乱堆砌的问题，并且缓解了因材料输送不 及时引起的窝工问题，经济效益显著。 ３ 结 论 采用正交试验方法研究了人工砂取代率、石粉掺 量和粉煤灰掺量对人工砂混凝土的坍落度和抗压强度 的影响，得出以下结论 １） 粉煤灰掺量对坍落度影响最大，石粉掺量次 之，人工砂取代率对坍落度的影响最小。 ２） 石粉掺量对混凝土 ３ ｄ 抗压强度的影响最大， 粉煤灰掺量次之，人工砂取代率对 ３ ｄ 抗压强度的影 响最小；而对于混凝土 ２８ ｄ 抗压强度的影响则表现为 人工砂取代率＞石粉掺量＞粉煤灰掺量，掺入石粉能够 提高混凝土的早期性能，掺入粉煤灰和人工砂取代天 然砂对于混凝土后期的影响比较大。 ３） 通过分析可以得到人工砂混凝土的最佳掺量 配比为人工砂取代率 １０％，石粉掺量 ３％，粉煤灰掺 量 ５％，此时混凝土 ２８ ｄ 抗压强度为 ４０．１ ＭＰａ，相对于 设计强度 ３０ ＭＰａ 有了极大提高。 ４） 人工砂取代一定量天然砂配制混凝土能够节 约建筑材料费用，减少河砂的运输成本，解决碎石乱堆 砌的问题，并且能够缓解因材料输送不及时引起的窝 工问题，经济效益显著。 参考文献 ［１］ 韩静云，王春明，宋旭艳． 人工砂商品混凝土配合比的试验研究［Ｊ］． 混凝土与水泥制品， ２０１１（１２）５-９． ［２］ ＬＩＮ Ｙｕｅ-ｚｈｏｎｇ． Ｏｎ ｅｒａｌｙ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｓａｎｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ［Ｊ］． Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， ２０１２，３２６１７４-３２９． ［３］ 彭艳周，肖 蓟，高德军，等． 人工砂中石粉含量对水泥浆性能的 影响［Ｊ］． 混凝土， ２０１８（５）１０２-１０９． ［４］ 汪学清，周坤鹏，张志高，等． 磁化水降低喷射混凝土回弹量的试 验研究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１９，３９（１）２９-３１． ［５］ 周里群，陈 曦，李玉平，等． 基于有限元法的沥青混凝土振动铣 刨过程数值模拟［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１９，３９（４）１３６-１３９． ［６］ Ｃｈａｎｄａｎａ ｊｙｏｔｈｉ Ａ， Ｓｈａｍｅｅｍ ｂａｎｕ Ｓ． Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｗｉｔｈ Ｐａｒｔｉａｌ Ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｅｍｅｎｔ ｂｙ Ｆｌｙａｓｈ ａｎｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓａｎｄ ｂｙ Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｓａｎｄ［Ｊ］． Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， ２０１２，３２６１７４-３２９． ［７］ 张志庚． 减水剂的正确使用［Ｊ］． 工程建设与档案， ２００５（３）３３- ３５． ［８］ 刘 军． 普通混凝土配合比设计中主要参数的确定及计算［Ｊ］． 河南科技， ２０１３，１１（４）７２-７３． ［９］ 韦世全． 人工砂混凝土性能的实验研究［Ｄ］． 广西广西大学土木 建筑工程学院， ２０１０． ［１０］ 傅自义． 三峡二期工程泄洪坝段混凝土工程施工技术［Ｄ］． 江 苏河海大学水利水电工程学院， ２００３． 引用本文 汪学清，沈正艳，潘国栋，等． 人工砂混凝土性能试验研究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０２０，４０（２）２８-３２． （上接第 ２７ 页） ［５］ Ｈｉｒｓｃｈ Ｂ Ｅ， Ｍｃ Ｄｏｎａｌｄ Ｋ Ｐ， Ｔａｉｔ Ｓ Ｌ， ｅｔ ａｌ． Ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｉｏｎ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｗｉｔｈｉｎ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ａｎｄ ｖｏｌｔａｇｅ- ｇａｔｅｄ ＳＴＭ ｔｉｐ-ｓｕｒｆａｃｅ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｊｕｎｃｔｉｏｎ［Ｊ］． Ｆａｒａｄａｙ Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｓ， ２０１７，２０４１５９-１７２． ［６］ Ｗａｎｇ Ｆ Ｆ， Ｊｉａｎｇ Ｘ Ｌ， Ｎｉｕ Ｊ Ｙ． Ｔｈｅ Ｌａｒｇｅ-Ｓｃａｌｅ Ｓｈａｋｉｎｇ Ｔａｂｌｅ Ｍｏｄｅｌ Ｔｅｓｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｈａｌｌｏｗ-Ｂｉａｓ Ｔｕｎｎｅｌ ｗｉｔｈ ａ Ｓｍａｌｌ Ｃｌｅａｒ Ｄｉｓｔａｎｃｅ［Ｊ］． Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ ＆ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ２０１７，３５（３）１０９３-１１１０． ［７］ 王帅帅，高 波，范凯祥，等． 平面 Ｐ 波入射下浅埋平行双洞隧道 注浆加固减震机制［Ｊ］． 岩土力学， ２０１８，３９（２）６８３-６９０． ［８］ Ｊｉｎ Ｘ Ｇ， Ｚｈｕ Ｌ， Ｃｕｉ Ｂ Ｗ， ｅｔ ａｌ． Ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｎｅｉｇｈｂｏｒｈｏｏｄ Ｔｕｎｎｅｌ ｏｎ Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ［Ｊ］． Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅ- ｓｅａｒｃｈ， ２０１１，２４３-２４９３５２３-３５２９． ［９］ 桂 铬，沙 策，刘 霖． 基于数值分析的回填型岩溶隧道施工技 术研究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１８，３８（３）２０-２５． ［１０］ 李 磊，谭忠盛，郭小龙，等． 挤压陡倾千枚岩地层小净距隧道大 变形研究［Ｊ］． 岩石力学与工程学报， ２０１９，３８（２）２７６-２８６． ［１１］ Ｗａｎｇ Ｘ， Ｋｈｌｙｓｔｏｖ Ａ， Ｈｏ Ｋ， ｅｔ ａｌ． Ｒｅａｌ-Ｗｏｒｌｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｓｈｉｎｇ Ｍｕｎ Ｔｕｎｎｅｌ ｉｎ Ｈｏｎｇ Ｋｏｎｇ ａｎｄ Ｆｏｒｔ ＭｃＨｅｎｒｙ Ｔｕｎｎｅｌ ｉｎ ｔｈｅ Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ［Ｊ］． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｐｏｒｔ （Ｈｅａｌｔｈ Ｅｆｆｅｃｔｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）， ２０１９，１９９５-５２． ［１２］ Ｑｉｎ Ｙ， Ｌｕｏ Ｚ Ｑ， Ｗｅｎ Ｌ， ｅｔ ａｌ． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｏｏｌｅａｎ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ ｍｅｓｈ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｓｐａｃｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒ- ｉｎｇＢｏｏｌｅａｎ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ ｍｅｓｈ ｍｏｄｅｌ［Ｊ］． Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｃｉ- ｅｎｃｅ ＆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ２０１９，７（４）１１５４-１１６５． ［１３］ Ｌｕｏ Ｚ Ｙ， Ｌｕｏ Ｚ Ｑ， Ｑｉｎ Ｙ Ｇ， ｅｔ ａｌ． Ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｎｅｗ ｔｒｅｅ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｐｒｏｇｒａｍｉｎｇ ａｎｄ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｂｅｅ ｃｏｌｏｎｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｐｔｉ- ｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ｍｏｖｅｍｅｎｔ， Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ［Ｊ／ ＯＬ］． Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ， ２０１９ ｈｔｔｐｓ∥ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１００７／ ｓ００３６６ -０１９-００７５４-９． ［１４］ ＪＴＧ-Ｔ Ｄ７０２０１０， 公路隧道设计细则［Ｓ］． ２０１０． 引用本文 罗贞焱，史秀志，代 转，等． Ｖ 级围岩小净距隧道二次衬砌 支护荷载分担比优化研究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０２０，４０（２）２４-２７． ２３矿 冶 工 程第 ４０ 卷 ChaoXing