公路隧道数值模拟(分析讲课版)

1、广东省交通厅科技项目复杂地质条件下隧道施工安全保障技术研究茶林顶公路隧道初始应力状态茶林顶公路隧道初始应力状态及施工力学数值模拟及施工力学数值模拟目 录1 工程概况工程概况.12 工程地质条件工程地质条件.12.1 地形地貌.12.2 地质构造.12.2.1 褶皱.12.2.2 断层.12.3 地层岩性.13 MIDAS/GTS 简介简介.24 隧道岩体应力场的数值模拟隧道岩体应力场的数值模拟.34.1 数值分析模型的建立.34.2 数值模拟结果分析.44.2.1 最大主应力特征.44.2.2 最小主应力特征.74.2.3 最大剪应力特征.94.3 主要结论.125 隧道典型横断面施工力学数值

2、模拟隧道典型横断面施工力学数值模拟.125.1 计算参数的选取.125.2 数值分析模型的建立.135.3 施工过程控制.145.4 数值分析结果及其分析.145.3.1 围岩位移特征.145.3.2 围岩应力特征.215.3.3 围岩屈服接近度特征.325.3.4 断层带位移特征.355.3.5 断层带应力特征.415.3.6 断层带屈服接近度特征.505.3.7 隧道初期支护结构内力及应力特征.535.5 主要结论.676 结论和建议结论和建议.6711 工程概况广梧高速公路茶林顶公路隧道左线起点里程 LK71+566，终点里程 LK74+261，全长2695m；右线起点里程 RK71+6

3、32，终点里程 LK74+246，全长 2614m。为双洞四车道，左、右线隧道分离布设，设计行车速度为 80km/h。2 工程地质条件2.1 地形地貌隧道地处茶林顶重丘山岭区，山体走向总体呈近北东或北西向，地势总体呈南高北低，隧道线路经过最大高程约为 355m，隧道进出口丘山体呈缓坡状，自然坡度为 1020，隧道中部山顶及山凹两侧山坡坡度较大，约 3035，山体植被茂密，主要生长松树和杂草，山体地表发育有数条小沟谷，部分沟谷内有长年流水，地表水量较小，隧道中部为一较大沟谷（分水凹） ，呈北东方向，平时无水流，但大雨时水量较大。2.2 地质构造2.2.1 褶皱根据地质填图岩性组合分析对比，隧道区

4、存在一背斜褶皱构造，其轴部为泥盆系东岗岭组地层，两翼为泥盆系榴江组地层，为一向北西倾覆背斜构造。2.2.2 断层分布于郁南茶林顶 F7 断层，地貌上表现为沟谷，推荐线路大致在右线 K72980 处遇该断层，影响带宽 2030m。断层走向 NE4045，倾向 NW，倾角 7580。受断层影响，中泥盆统东岗岭组白云质灰岩破碎，形成构造角砾岩和密集节理带，地表沟谷中有泉水溢出。钻孔岩心显示断层角砾呈棱角、次棱角状，为方解石脉胶结，脉中晶洞及自形方解石发育，反映其晚期活动为张性和正断层特征。2.3 地层岩性第四系覆盖层主要为亚粘土，下伏基岩主要为上泥盆统榴江组砂岩和中泥盆统东岗岭组白云质灰岩，其褶皱相

5、对发育，从地表看，LK71+730(RK71+710)LK72+950(RK72+940)，LK73+620(RK73+605)LK74+000(RK73+960)为上泥盆统榴江组砂岩、页岩、石英砂岩，其余为中泥盆统东岗岭组白云质灰岩、灰岩。1、耕植土（Qpd）：灰褐色，湿，可塑状，主要由亚粘土组成，局部可见有植物根系，2偶夹强风化岩块。2、亚粘土（Qdl）：灰色，灰黄色，褐黄色，稍湿，硬可塑-硬塑，主要由粘粒组成，含有大量碎石块。围岩级别级。3、全风化砂岩（Qel）：褐黄色，岩石风化剧烈，岩芯呈硬塑-坚硬土状，岩质软，局部间夹强风化岩碎块。层厚极不均匀。围岩级别级。全风化灰岩、白云质灰岩（Q

6、el）：全风化白云质灰岩层厚不均匀，围岩级别级。4、强风化砂岩、石英砂岩（D3l）：褐黄色，岩石风化剧烈，岩芯呈半岩半土状及碎块状间夹较多弱风化岩块。层厚极不均匀，岩体纵波波速范围 500-1800m/s，围岩级别-级。岩石单轴抗压强度标准值 Ra5.2-9.0MPa，平均值为 7.0 MPa。推荐物理力学指标参考值：密度（）2.3g/cm3，凝聚力（c）35kPa，内摩擦角（）25。强风化灰岩、白云质灰岩（D2d）：黄褐色，暗紫褐色，浅灰黄色，原岩结构大部分破坏，岩芯多呈半岩半土状、碎块状，裂隙发育，破碎，局部较多弱风化岩，层厚极不均匀。围岩级别-级。物理力学指标参考值：密度（）2.13g/

7、cm3，凝聚力（c）35kPa，内摩擦角（）25。5、弱风化砂岩、石英砂岩（D3l）：灰色，灰黄色，褐黄色，岩芯呈短柱状，块状，碎块状，碎石状，局部非常破碎，散砂状，层厚极不均匀。围岩级别-级。弱风化页岩（D3l）：灰黄色，灰色，岩石裂隙发育，岩芯呈碎块-块状，岩质较硬。弱风化灰岩、白云质灰岩（D2d）：黄色、浅灰，碎块状，原岩结构基本可见，隐晶质结构，中厚层构造。围岩级别-级。岩石单轴抗压强度标准值 Ra28.5MPa。6、微风化灰岩、白云质灰岩（D2d）：灰白色，浅粉红色，淡肉红色，岩芯短-中柱状，少数长柱状及块状，局部岩芯较破碎。岩体纵波波速范围值 2300-4500m/s，围岩级别应为

8、-级。3 MIDAS/GTS 简介1989 年由韩国浦项集团成立的 CAD/CAE 研发机构开始开发 MIDAS 软件，自软件开发以来，MIDAS IT 不断致力于有限元与仿真方面的研究，MIDAS/GTS(岩土与隧道分析系统)就是在其基础上发展而形成的。与其他分析软件相比虽然发展的时间还比较短，但是它在隧道工程与特殊结构领域为我们提供了一个崭新的解决方案。目前 MIDAS 软件已3经成功地运用到了全球上千个实际工程中，其程序的可靠性已经得到了工程实践的认证，同时也已经通过了 QA/QC 质量管理体系的认证，能确保计算结果的精度和质量。MIDAS/GTS 与其他岩土隧道分析软件相比有其自身的特

9、点，它不仅是通用的分析软件，而且是包含了岩土和隧道工程领域最近发展技术的专业程序，具有应力分析、渗流分析、应力-渗流耦合分析、动力分析、边坡稳定性分析、衬砌分析等多种分析功能，提供了包括静力分析、施工阶段分析、稳定流分析、非稳定流分析、特征值分析、时程分析、反应谱分析的强大功能。程序提供了 Mohr-Coulmb 模型、Drucker-Prager 模型、Tresca 模型、von Mises 模型、Hoek-Brown 模型、Hyperbolic(Duncan-Chang)模型、Strain Softening 模型、Cam Clay 模型、Modified Cam-Clay 模型、Join

10、ted Rock Mass 模型等可供用户选择的各种本构模型，还可以用户自定义本构模型，非常方便。MIDAS/GTS 具有尖端的可视化界面系统，提供了面向任务的用户界面，可以对复杂的几何模型进行可视化的直观建模。网格的自动划分，直观的施工阶段定义与编辑都为计算分析提供了方便。MIDAS/GTS 独特的 Multi-Frontal 求解器提供最快的运算速度，这也是其强大的功能之一。在后处理中，它能以表格、图形、图表形式自动输出简洁实用的计算书。MIDAS/GTS 软件以其使用方便、功能强大、运算准确快速而在岩土隧道工程领域迅速发展。4 隧道岩体应力场的数值模拟为了弄清茶林顶公路隧道工程区岩体的初

11、始应力状态，获得整个隧道工程岩体内地应力场的空间发育分布规律和系统认识，采用了有限元数值模拟分析方法进行研究。山体成坡历史过程中的浅表层改造作用对现今岩体应力场状态是有一定的影响，采用考虑成坡历史过程中垂向及侧向的卸荷作用对隧道岩体应力场影响的方法进行研究。4.1 数值分析模型的建立采用 GTS 有限元分析软件来模拟茶林顶隧道工程区岩体应力场的形成与分布。依据工程地质条件分析建立的分析模型如图 4.1 所示。模型左右边界水平位移约束，底部边界竖向位移约束，共划分 1847 个单元，1924 个节点。采用的分析模型为 Mohr-Coulmb 模型。岩土体物理、力学参数如表 4.1 所列。数值模拟

12、分 5 个阶段进行卸荷。4 图 4.1 数值分析模型表 4.1 岩土体物理力学参数名称重度(kN/m3)弹性模量(kPa)泊松比凝聚力(kPa)摩擦角()抗拉强度(kPa)强风化砂岩235.01050.3535250弱风化砂岩234.51060.325003750弱风化灰岩2513.01060.30150045300断层231.01060.405020104.2 数值模拟结果分析4.2.1 最大主应力特征隧道岩体初始最大主应力特征如图 4.2 所示。（a）I 阶段最大主应力5（b）II 阶段最大主应力（c）III 阶段最大主应力（d）IV 阶段最大主应力（e）V 阶段最大主应力图 4.2 隧道

13、轴线最大主应力云图（单位：tonf/m2）6可以看出，最大主应力在 K72+400、K73+020、K73+340、K73+540、K73+820 附近的5 个断层带发生突变现象，是断层影响引起应力分异的结果。近坡面附近，最大主应力近于平行坡面，且应力量级总体较低。随着埋深的增大，最大主应力逐渐增大。为了进一步分析沿隧道轴线岩体的最大主应力特征，提取出主要阶段（III、IV、V阶段）沿隧道轴线各单元最大主应力值，分析结果如图 4.3 所示。自左至右沿隧道轴线的单元序号-500-450-400-350-300-250-200161116212631364146515661667176III阶段最

14、大主应力（a）III 阶段-350-300-250-200-150-100161116212631364146515661667176沿隧道轴线单元序号IV阶段最大主应力（b）IV 阶段-350-300-250-200-150-100-500161116212631364146515661667176沿隧道轴线单元序号V阶段最大主应力（c）V 阶段7图 4.3 自左至右沿隧道轴线最大主应力曲线可以看出，最大主应力皆表现为压应力，在断层带明显降低，在断层两侧应力积累出现相对增高带。最后阶段自左至右各断层带中心的最大主应力值分别为：-206、-265、-180、-220、-250 tonf/m2，

15、即分别为：-2.06MPa、-2.65MPa、-1.80MPa、-2.20MPa和-2.50MPa。断层带两侧的最大值为-3.13MPa。因此，对断层带的稳定非常不利，施工时易发生坍塌。4.2.2 最小主应力特征隧道岩体初始最大主应力特征如图 4.4 所示。（a）I 阶段最小主应力（b）II 阶段最小主应力8（c）III 阶段最小主应力（d）IV 阶段最小主应力（e）V 阶段最小主应力图 4.4 隧道轴线最小主应力云图（单位：tonf/m2）可以看出，最小主应力在各断层附近发生突变现象，是断层影响引起应力分异的结果。为了进一步分析沿隧道轴线岩体的最小主应力特征，提取出主要阶段（III、IV、V

16、阶段）沿隧道轴线各单元最小主应力值，分析结果如图 4-5 所示。9-1400-1200-1000-800-600-400-2000161116212631364146515661667176沿隧道轴线单元序号III阶段最小主应力（a）III 阶段-1400-1200-1000-800-600-400-2000161116212631364146515661667176沿隧道轴线单元序号IV阶段最小主应力（b）IV 阶段-1400-1200-1000-800-600-400-2000161116212631364146515661667176沿隧道轴线单元序号V阶段最小主应力（c）V 阶段图 4

17、.5 自左至右沿隧道轴线最小主应力曲线可以看出，最小主应力皆表现为压应力，在断层带明显降低，在断层两侧应力积累而出现大幅度的相对升高带。最后阶段自左至右各断层带中心的最小主应力值分别为：-436、-400、-422、-460、-452 tonf/m2，即分别为：-4.36MPa、-4.00MPa、-4.22MPa、-104.60MPa 和-4.52MPa。断层带两侧的最大值达到-12.17MPa。4.2.3 最大剪应力特征隧道岩体初始最大主应力特征如图 4.6 所示。（a）I 阶段最大剪应力（b）II 阶段最大剪应力（c）III 阶段最大剪应力11（d）IV 阶段最大剪应力（e）V 阶段最大剪

18、应力图 4.6 隧道轴线最大剪应力云图（单位：tonf/m2）可以看出，最大剪应力在各断层附近发生突变现象，引起应力带的分异。为了进一步分析沿隧道轴线岩体的最大剪应力特征，提取出主要阶段（III、IV、V阶段）沿隧道轴线各单元最大剪应力值，分析结果如图 4.7 所示。-100-80-60-40-20020406080100161116212631364146515661667176沿隧道轴线单元序号III阶段xz方向剪应力（a）III 阶段12-150-100-50050100150161116212631364146515661667176沿隧道轴线单元序号IV阶段xz方向剪应力（b）IV

19、阶段-200-150-100-50050100150200161116212631364146515661667176沿隧道轴线单元序号V阶段xz方向剪应力（c）V 阶段图 4.7 自左至右沿隧道轴线最大剪应力曲线可以看出，第 III 阶段第一条断层表现为拉剪应力，最后阶段各断层剪应力皆表现为压剪应力。除第一条断层外，断层带的压剪应力值相对断层两侧较大，对断层的稳定不利。最后阶段自左至右各断层带中心的最大剪应力值分别为：-20、-34、-60、-77、-10 tonf/m2，即分别为：-0.2MPa、-0.34MPa、-0.6MPa、-0.77MPa 和-0.1MPa。岩体最大拉剪应力为 1.

20、50MPa，最大压剪应力为 0.95MPa。4.3 主要结论茶林顶隧道岩体初始应力场的数值模拟分析表明，几条断层的存在对岩体应力场有很大的影响，引起岩体应力场的明显分异现象。即断层带的最大及最小主应力为应力降低带，断层带两侧为应力升高带，在断层带出现相对压剪应力增高带，影响范围为1020m，约 12 倍洞径。因此，施工时断层带围岩易发生坍塌现象，断层带两侧易发生拉破坏或剪破坏，易发生掉块和片状剥离现象。施工时应注意围岩的地质描述和变形监13测，及时提供信息，优化施工方法和支护措施，确保施工安全。5 隧道典型横断面施工力学数值模拟为了分析隧道施工过程中可能出现的灾害及围岩-支护结构的稳定性，以隧

21、道最大埋深且通过断层的断面（埋深 200m）为例，进行了隧道施工力学数值仿真模拟研究。5.1 计算参数的选取依据工程地质详勘报告和茶林顶隧道施工图设计方案，根据相关规范、文献，选取的围岩物理、力学参数如表 5.1 所列。表 5.1 护坑隧道有限元计算参数名 称E/kPa/(kN/m3)c/kPa/抗拉强度/kPa弱风化灰岩6.01060.325.01500.045.0300.0断层1.01060.3523.030.025.00喷射混凝土（板单元）2.21070.223.0厚 16 cm锚 杆2.01080.378.5长 3.5m,直径 0.025m,间距 1m5.2 数值分析模型的建立依据工程

22、地质详勘报告，选取 K73+580 为计算断面，建立的数值分析模型如图 5.1所示。弹塑性数值分析采用的屈服准则为 M-C 准则。模型左右边界水平位移约束，下边界竖向位移约束，上边界为 3.5MPa 的荷载边界。（a）初始模型（中间为断层）14 （b）最终模型图 5.1 数值分析模型5.3 施工过程控制隧道横断面施工力学数值仿真模拟，分 011 个施工步。具体过程如下：施工步 0：初始应力状态模拟；施工步 1：隧道第一次全断面开挖 3m；施工步 2：隧道第一次开挖初期支护，隧道第二次全断面开挖 3m；施工步 3：隧道第二次开挖初期支护，隧道第三次全断面开挖 3m；施工步 4：隧道第三次开挖初期

23、支护，隧道第四次全断面开挖 3m；施工步 5：第四次开挖初期支护，隧道第五次全断面开挖 3m（此阶段开挖岩体包括灰岩和断层） ；施工步 6：隧道第五次开挖初期支护，隧道第六次全断面开挖 3m；施工步 7：隧道第六次开挖初期支护，隧道第七次全断面开挖 3m；施工步 8：隧道第七次开挖初期支护，隧道第八次全断面开挖 3m；施工步 9：隧道第八次开挖初期支护，隧道第九次全断面开挖 3m；施工步 10：隧道第九次开挖初期支护，隧道第十次全断面开挖 3m；施工步 11：隧道第十次开挖初期支护。5.4 数值分析结果及其分析5.3.1 围岩位移特征隧道主要施工阶段位移分析结果如图 5.2 所示。15(a)

24、竖向（Z）位移/m(b) 水平（X）位移/m（第 4 施工步）16(a) 竖向（Z）位移/m(b) 水平（X）位移/m（第 5 施工步）17(a) 竖向（Z）位移/m(b) 水平（X）位移/m（第 6 施工步）18(a) 竖向（Z）位移/m(b) 水平（X）位移/m（第 7 施工步）19(a) 竖向（Z）位移/m(b) 水平（X）位移/m（第 8 施工步）20(a) 竖向（Z）位移/m(b) 水平（X）位移/m（第 9 施工步）21(a) 竖向（Z）位移/m (b) 水平（X）位移/m（第 10 施工步）图 5.2 主要施工步位移/m可以看出，隧道围岩主要施工步拱顶的最大下沉位移为 6.0mm

25、 8.0mm，拱底的最大上扬位移为 6.2mm；X 方向最大水平位移为4.9mm。5.3.2 围岩应力特征隧道主要施工阶段围岩应力分析结果如图 5.3 所示。22（a）最大主应力（b）最小主应力23（c）最大剪应力 （第 4 施工步）（a）最大主应力24（b）最小主应力（c）最大剪应力 （第 5 施工步）25（a）最大主应力（b）最小主应力26（c）最大剪应力 （第 6 施工步）（a）最大主应力27（b）最小主应力（c）最大剪应力 （第 7 施工步）28（a）最大主应力（b）最小主应力29（c）最大剪应力（第 8 施工步）（a）最大主应力30（b）最小主应力（c）最大剪应力 （第 9 施工步）

26、31（a）最大主应力（b）最小主应力32 （c）最大剪应力（第 10 施工步）图 5.3 围岩应力特征可以看出，主要施工阶段隧道围岩最大主压应力（P1）为-0.30 -0.69MPa；围岩最小主应力（P3）为-10.19 -11.49MPa；围岩最大压剪应力（Sxz）为-3.19 -3.98MPa，最大拉剪应力为 3.513.94MPa。可见，围岩剪应力较大，超过围岩的抗剪强度，隧道周边局部围岩发生破坏，但基本上在锚杆支护范围之内。5.3.3 围岩屈服接近度特征隧道主要施工阶段屈服接近度分析结果如图 5.4 所示。（第 4 施工步）33（第 5 施工步） （第 6 施工步）34（第 7 施工步

27、） （第 8 施工步）35 （第 9 施工步） （第 10 施工步）图 5.4 主要施工步屈服接近度可以看出，隧道围岩最大屈服接近度值基本上小于 1.0。5.3.4 断层带位移特征隧道主要施工阶段位移分析结果如图 5.5 所示。36(a) 竖向（Z）位移/m(b) 水平（X）位移/m（第 5 施工步）37(a) 竖向（Z）位移/m(b) 水平（X）位移/m（第 6 施工步）38(a) 竖向（Z）位移/m(b) 水平（X）位移/m（第 7 施工步）39(a) 竖向（Z）位移/m(b) 水平（X）位移/m（第 8 施工步）40(a) 竖向（Z）位移/m(b) 水平（X）位移/m（第 9 施工步）4

28、1(a) 竖向（Z）位移/m(b) 水平（X）位移/m（第 10 施工步）图 5.5 断层带主要施工步位移/m可以看出，隧道断层带主要施工步拱顶的最大下沉位移为 4.4mm7.47mm，拱底的最大上扬位移为 6.2mm；X 方向最大水平位移为5.0mm。5.3.5 断层带应力特征隧道主要施工阶段断层带围岩应力分析结果如图 5.6 所示。42（a）最大主应力（b）最小主应力43（c）最大剪应力 （第 5 施工步）（a）最大主应力44（b）最小主应力（c）最大剪应力 （第 6 施工步）45（a）最大主应力（b）最小主应力46（c）最大剪应力 （第 7 施工步）（a）最大主应力47（b）最小主应力（

29、c）最大剪应力 （第 8 施工步）48（a）最大主应力（b）最小主应力49（c）最大剪应力（第 9 施工步）（a）最大主应力50（b）最小主应力（c）最大剪应力 （第 10 施工步）图 5.6 断层带围岩应力特征可以看出，主要施工阶段断层带隧道围岩最大主应力（P1）为-0.30 -0.74MPa；最小主应力（P3）为-10.12 -16.96MPa；最大压剪应力（Sxz）为-2.65 -3.64MPa，最大拉剪应力为 2.663.93MPa。可见，围岩剪应力较大，超过围岩的抗剪强度，隧道周边局部围岩发生破坏，但基本上在锚杆支护范围之内。5.3.6 断层带屈服接近度特征51隧道断层带主要施工阶段

30、围岩屈服接近度分布特征如图 5.7 所示。（第 5 施工步）（第 6 施工步）52 （第 7 施工步）（第 8 施工步）53 （第 9 施工步） （第 10 施工步）图 5.7 断层带围岩屈服接近度特征可以看出，断层带隧道围岩最大屈服接近度值基本上小于 1.0。5.3.7 隧道初期支护结构内力及应力特征隧道初期支护结构内力及弯矩分布特征如图 5.8 所示。54（单元坐标系喷射混凝土 x-y 轴的剪力 Fxy）（单元坐标系喷射混凝土 x 轴的弯矩 Mxx）55(单元坐标系喷射混凝土 y 轴的弯矩 Myy)(单元坐标系喷射混凝土 xz 平面的两个方向的剪力 Vyy)56(锚杆轴力)（第 8 施工步

31、）（单元坐标系喷射混凝土 x-y 轴的剪力 Fxy）57 （单元坐标系喷射混凝土 x 轴的弯矩 Mxx）(单元坐标系喷射混凝土 y 轴的弯矩 Myy)58(单元坐标系喷射混凝土 xz 平面的两个方向的剪力 Vyy)(锚杆轴力)（第 11 施工步）图 5.8 初期支护内力及弯矩特征可以看出：第 8 施工步喷射混凝土 x-y 轴的剪力 Fxy 最大值为 653kN/m，最小值为-534kN/m；x轴的弯矩 Mxx 最大值为 7.60kNm/m，最小值为-37.52kNm/m；y 轴的弯矩 Myy 最大值为9.20kNm/m，最小值为-39.58kNm/m；xz 平面的两个方向的剪力 Vyy 最大值

32、为5929.68kN/m，最小值为-22.32kN/m；锚杆轴力最大值为 55.66kN，最小值为-25.66kN/。皆满足稳定、安全性要求。第 11 施工步（即最后施工步）喷射混凝土 x-y 轴的剪力 Fxy 最大值为 723.23kN/m，最小值为-538.89kN/m；x 轴的弯矩 Mxx 最大值为 7.50kNm/m，最小值为-35.37kNm/m；y 轴的弯矩 Myy 最大值为 9.55kNm/m，最小值为-23.92kNm/m；xz 平面的两个方向的剪力 Vyy 最大值为 29.50kN/m，最小值为-22.47kN/m；锚杆轴力最大值为55.66kN，最小值为-25.66kN/。

33、皆满足稳定、安全性要求。隧道初期支护结构应力分布特征如图 5.9 所示。(喷射混凝土外侧最大主应力 P1 Top)60(喷射混凝土内侧最大主应力 P1 Bot)(单元坐标系喷射混凝土外侧 x 方向轴力 Sxx Top)(单元坐标系喷射混凝土内侧 x 方向轴力 Sxx Bot)61(单元坐标系喷射混凝土外侧 z 方向轴力 Szz Top)(单元坐标系喷射混凝土内侧 z 方向轴力 Szz Bot)62(单元坐标系喷射混凝土外侧 xz 方向轴力 Sxz Top)(单元坐标系喷射混凝土内侧 xz 方向轴力 Sxz Bot) （第 8 施工步）63(喷射混凝土外侧最大主应力 P1 Top)(喷射混凝土内

34、侧最大主应力 P1 Bot)64(单元坐标系喷射混凝土外侧 x 方向轴力 Sxx Top)(单元坐标系喷射混凝土内侧 x 方向轴力 Sxx Bot)65(单元坐标系喷射混凝土外侧 z 方向轴力 Szz Top)(单元坐标系喷射混凝土内侧 z 方向轴力 Szz Bot)66(单元坐标系喷射混凝土外侧 xz 方向轴力 Sxz Top)(单元坐标系喷射混凝土内侧 xz 方向轴力 Sxz Bot) （第 11 施工步）图 5.9 隧道初期支护结构应力分布特征可以看出：第 8 施工步喷射混凝土外侧最大主应力 P1 Top 为-0.9916.75 MPa，内侧最大主应力P1 Bot 为-10.807.25

35、 MPa；喷射混凝土外侧 x 方向轴力 Sxx Top 为-10.180.08 MPa，内侧 x 方向轴力 Sxx Bot 为-10.780.08 MPa；喷射混凝土外侧 z 方向轴力 Szz Top 为-12.930.01MPa，内侧 z 方向轴力 Szz Bot 为-13.38-0.01 MPa；喷射混凝土外侧 xz 方向轴力 Sxz Top 为-5.155.14MPa，内侧 xz 方向轴力 Sxz Bot 为-5.525.80MPa。67第 11 施工步喷射混凝土外侧最大主应力 P1 Top 为-1.2513.73 MPa，内侧最大主应力P1 Bot 为-11.067.05 MPa；喷射

36、混凝土外侧 x 方向轴力 Sxx Top 为-10.360.001 MPa，内侧 x 方向轴力 Sxx Bot 为-10.900.0006 MPa；喷射混凝土外侧 z 方向轴力 Szz Top 为-13.530.0003MPa，内侧 z 方向轴力 Szz Bot 为-13.96-0.0003 MPa；喷射混凝土外侧 xz 方向轴力 Sxz Top 为-5.355.34MPa，内侧 xz 方向轴力 Sxz Bot 为-5.705.96MPa。皆满足稳定、安全性要求。5.5 主要结论（1）隧道围岩主要施工步拱顶的最大下沉位移为 6.0mm 8.0mm，拱底的最大上扬位移为 6.2mm；X 方向最大

37、水平位移为5.0mm。（2）主要施工阶段隧道围岩最大主压应力（P1）为-0.30 -0.74MPa；围岩最小主应力（P3）为-10.19 -16.96MPa；围岩最大压剪应力（Sxz）为-3.19 -3.98MPa，最大拉剪应力为 3.513.94MPa。 ，隧道围岩最大屈服接近度值基本上小于 1.0，周边局部围岩发生的破坏区域，基本上在锚杆支护范围之内。（3）喷射混凝土 x-y 轴的剪力 Fxy 最大值为 723.23kN/m，最小值为-538.89kN/m；x轴的弯矩 Mxx 最大值为 7.60kNm/m，最小值为-37.52kNm/m；y 轴的弯矩 Myy 最大值为9.55kNm/m，最小值为-39.58kNm/m；xz 平面的两个方向的剪力 Vyy 最大值为29.68kN/m，最小值为-22.47kN/m；锚杆轴力最大值为 55.66kN，最小值为-25.66kN/。皆满足稳定、安全性要求。（4）喷射混凝土外侧最大主应力 P1 Top 为-1.2516.75 MPa，内侧最大主应力 P1 Bot为-11.067.25 MPa；喷射混凝土外侧 x 方向轴力 Sxx Top 为-10.360.08 MPa，