《表1 密排短管棚施工参数》

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《砂卵石地层台阶法施工隧道围岩-支护结构应力应变特性三维离散元分析》

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根据《公路隧道设计规范》，砂卵石地层结构松散，自稳能力较差。因此，公伯峡隧道砂卵石地段围岩强度设计为Ⅴ级。又因隧道洞口段塌方事故频发，取隧道洞口段为研究地段，隧道洞口段为V级浅埋，开挖断面面积104m2，最大跨度12.6m。初期支护采用C25挂网喷射混凝土，厚26cm，二次衬砌为C30模筑钢筋混凝土，厚50cm；原设计采用单侧壁导坑法掘进，而在实际开挖左侧导坑未施作中隔墙时，右侧土体会出现滑移，直至塌方，于是换用三台阶法且预留核心土向前掘进；除此之外，原设计超前小导管为预支护手段，但其支护效果不佳，不能抑制隧道拱顶塌方的现象。随后，转向管棚支护，而管棚长度过长会因施作时碰到卵石或管棚重力的缘故，出现管棚后端过于偏离设计轴线，呈“鸡爪状”的现象（见图2）。文献[13]针对公伯峡隧道塌方机制与原因进行了分析研究，提出了“密排管棚、三台阶预留核心土+锁脚锚杆、注浆回填、洞内临时支撑”的塌方处治手段，且效果良好，施工参数见表1。文献[14]介绍了密排短管棚作为超前支护手段在该隧道中的应用情况，实际施工效果如图3所示。本文采用三维离散元模拟，结合现场实测2种分析方法对砂卵石地层采用密排短管棚、三台阶预留核心土法施工隧道围岩和支护结构的应力应变规律进行分析。