高鐵是現在人們遠途出行中的一種交通工具，高鐵比普通的火車要快很多，讓人們在路上的時間大大縮短了。關于高鐵的建設和施工也是需要特別注意的，本文主要針對單洞雙線高鐵標準隧道空間位移預測進行了一些分析，文章是一篇國家級期刊投稿論文范文。

　　摘 要：以鄭西客運專線單洞雙線高鐵隧道為工程背景，采用三維數值模擬對高鐵隧道地層空間位移進行分析;結果表明：①受地層條件、開挖步序和掌子面空間效應的影響，隧道洞周地層空間位移表現出顯著地階段性：先期位移;位移急劇增大;位移基本穩定或無限接近于某固定的位移值。②在黃土地層中的隧道開挖，初期支護應及時支護、及早封閉成環，對控制洞周地層空間位移的發展效果明顯。③無支護條件下，掌子面擠出變形的量值和速率均有較大幅度增長;初期支護應及時支護、及早封閉成環有效控制了掌子面擠出變形的發展。④不同工況條件下，隧道仰拱部位塑性區半徑均較大，這主要是由于客運專線幾何斷面形式決定的，仰拱部位曲率較大。

　　關鍵詞：單洞雙線,高鐵隧道,地層空間位移,三維數值模擬

　　1 概 況

　　隧道開挖破壞了地層原有的應力平衡狀態，引發洞周地層產生變形。對已建成鐵路隧道地層變形實測數據進行分析，結果表明：在隧道橫剖面上地表沉降近似服從正態分布，位移最大值隧道中線上方;沿隧道縱向地表沉降反應掌子面空間效應，即隨著掌子面向前推進，掌子面搶房一定范圍內土體產生空間位移，如圖1所示。

　　目前對于鐵路隧道地層變形主要集中在拱頂沉降與水平收斂，對空間位移研究較少。扈世民對大斷面黃土隧道空間位移進行數值分析與現場實測，得到了一些有益的結論。選取鄭西客運專線標準高鐵單洞雙線隧道為工程背景，如圖2所示，采用三維有限元計算對隧道的空間位移發展規律進行研究，為類似工程提供借鑒與參考。

　　2 地層空間位移產生機理

　　隨著隧道掌子面向前推進，洞周地層位移響應表現為不同階段，洞周地層產生機理可概括為：

　　①地層損失位移。

　　②土體固結產生位移。

　　③土體次固結或蠕變產生位移，見表1。

　　3 數值計算模型分析

　　選取鄭西客運客運專線某黃土隧道為工程背景，隧道穿越黃土臺塬地區，地下水補給不充分，根據勘察資料圍巖級別確定為Ⅵ級。選取的實驗段拱頂埋深為44～92 m，根據《《鐵路隧道設計規范》(TB 10003-2005)》大于2.5倍塌落拱高度，故屬于深埋隧道。

　　采用有限元差分程序FLAC3D建立高鐵隧道數值計算模型，黃土地層服從Mohr-Coulomb屈服準側;為保證初期支護與二次襯砌結構安全，支護結構服從彈性屈服準則;假設黃土地層滿足均勻、各向同性、水平層狀分布;以隧道標準橫剖面水平方向為X軸，長60 m;以隧道線路方向為y軸，長140 m;以重力方向為z軸，長90 m;不考慮地下水和構造應力場作用。

　　隧道計算模型采用位移邊界條件，上表面為自由邊界、左、右兩側約束水平方向位移、底部約束水平方向、豎直方向位移;為重點關注隧道洞周位移響應，隧道洞周及加固圈范圍網格局部加密;計算模型包括74 580個單元和79 422個節點，如圖3所示。

　　4 數值計算結果

　　根據地勘資料確定地層物理力學參數，隧道初期支護采用φ6 mm@150 mmX150 mm掛網噴射混凝土和型鋼鋼架聯合支護樣式，計算時采用等剛度原則將型鋼拱架折算至噴射混凝土中，如式1所示。模型計算參數見表2。

　　EC=E0+■(1)

　　4.1 地層空間位移分析

　　隧道開挖過程中，伴隨著每個步序開挖洞周地層均有不同應力釋放，相應的產生一定位移。受地層條件、開挖步序和掌子面空間效應的影響，隧道洞周地層空間位移表現出顯著的地階段性：

　　①先期位移。

　　②位移急劇增大。

　　③位移基本穩定或無限接近于某固定的位移值。

　　Ⅴ級黃土地層條件下隧道空間位移曲線如圖4所示，在無支護條件下，先期位移站空間位移總量值的24.4%;及時支護條件下先期位移站空間位移總量值的74.6%;可見在黃土地層中的隧道開挖，初期支護應及時支護、及早封閉成環，對控制洞周地層空間位移的發展效果明顯。

　　Ⅴ級黃土地層條件下掌子面擠出變形位移曲線如圖5所示，可得結論：當距隧道中心距離減小時，掌子面的擠出變形隨之增大，呈負相關性。無支護條件下，掌子面擠出變形的量值和速率均有較大幅度增長;初期支護應及時支護、及早封閉成環有效控制了掌子面擠出變形的發展。

　　Ⅴ級地層無、有支護變形矢量圖如圖6與圖7所示。

　　4.2 地層擾動分析

　　Ⅴ級黃土地層條件下隧道開挖對洞周地層擾動范圍分布如圖8所示，在無支護條件下，隧道開挖對地層擾動范圍約為2.5D，D為隧道開挖等效直徑，沿隧道洞周分布較為均勻;及時支護條件下，隧道開挖對地層擾動范圍大幅度較小，最大值位移仰拱處，塑性區半徑約0.6 D，其次拱頂部位，塑性區半徑約0.3 D，其他部位塑性區半徑均較小。

　　不同工況條件下，隧道仰拱部位塑性區半徑均較大，這主要是由于客運專線幾何斷面形式決定的，仰拱部位曲率較大。

　　5 結 語

　　①受地層條件、開挖步序和掌子面空間效應的影響，隧道洞周地層空間位移表現出顯著地階段性：先期位移;位移急劇增大;位移基本穩定或無限接近于某固定的位移值。

　　②在黃土地層中的隧道開挖，初期支護應及時支護、及早封閉成環，對控制洞周地層空間位移的發展效果明顯。

　　③無支護條件下，掌子面擠出變形的量值和速率均有較大幅度增長;初期支護應及時支護、及早封閉成環有效控制了掌子面擠出變形的發展。

　　④不同工況條件下，隧道仰拱部位塑性區半徑均較大，這主要是由于客運專線幾何斷面形式決定的，仰拱部位曲率較大。

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