隧道原位扩建施工力学与围岩松动圈演变规律: 以广西贺州—巴马高速公路廷心隧道原位扩建工程为例

交通量的激增导致的早期建成的高速公路隧道已不能满足通行需求,通过高速公路原位改扩建形式来解决这个问题。但是目前在隧道原位扩建时的围岩松动圈演变规律、应力重分布规律还不明确,常常会导致大变形甚至塌方等安全事故、工程质量等诸多问题。针对隧道原位扩建施工力学与围岩松动圈演变规律,采用离散元软件GDEM建立新建两车道、三车道及四车道的模型和“两扩三”及“两扩四”的隧道模型,并模拟结果与现场应力监测分析定性对比验证,开展公路隧道原位扩建施工力学行为与围岩松动圈展开研究。研究表明： 围岩应力大小顺序为拱顶＜拱腰＜拱脚,开挖宽度增加或者围岩等级的降低会导致围岩应力增大; 在相同开挖宽度下,新建隧道的围岩应力小于原位扩建隧道;隧道围岩的松动圈随着围岩等级的降低而逐渐扩大,其形态由“点”形扩大为“耳”形,再扩大为“蝶”形;当围岩等级相同,新建隧道围岩松动圈范围小于扩建隧道的围岩松动圈范围。扩建隧道施工会使围岩从原来多次应力重分布的基础上再进行多次应力重分布,而这种应力的复杂演变将导致了新建隧道和扩建隧道的应力、应变场将完全不同,同时扩建隧道导致原本已经处于稳定状态的围岩松动圈再次向外扩张。