摘 要：为研究大断面隧道围岩变形特征，基于数据反馈分析法，测得拱顶下沉和水平收敛曲线；由原状和扰动后的黄土三轴实验，绘制应力应变关系曲线；基于FLAC3D建模，对隧道在初期支护条件下的开挖过程进行了模拟，得出围岩变形特性主要结论如下：（1）大断面黄土隧道的变形主要是拱顶下沉，拱顶其下沉量在16 mm左右。（2）拱顶的沉降量随着开挖进尺在不断地增加，当距离测点20～30 m时，沉降量变化最快，沉降速率最大。（3）隧道正中间的下沉量最大，往两侧去，下沉量逐渐降低，趋于稳定，随着开挖的进行，影响下沉量增加。（4）黄土在未达到破坏的时候，应力应变基本上呈现线弹性，应力达到屈服强度后，由于黄土结构的破坏，应力应变曲线斜率在减少；围压越小，斜率的变化越大，扰动后的黄土屈服强度衰减。
关键词：大断面隧道;围岩变形;拱顶下沉;水平收敛;三轴实验;FLAC3D;
作者简介：唐杰（1993—）,男,本科,助理工程师,从事土木工程管理工作。;
0 引言黄土广泛存在于我国西部，随着西部大开发，基础设施的建设进入了一个迅速发展的新阶段。在山区交通建设过程中，隧道的开挖可以极大地节约里程与人们出行所需要的时间。随着隧道的断面面积增大，发生掌子面失衡、地表塌陷等问题的频率越来越高，因此对隧道围岩的变形特性的研究和如何保证大断面隧道围岩的稳定性便成了很多专家及学者的研究方向。
目前针对大断面隧道围岩变形特征的研究方法有模型实验法、数值仿真研究、检测数据反馈分析法、人工智能方法、工程地质类比方法、力学解析法等[1]。鉴于此，基于数据反馈分析法，测得横向及竖向的沉降量和沉降速率，再将现场的土样进行原状和扰动后的三轴实验，得到应力应变关系，基于FLAC3D建模，对隧道在初期支护条件下的开挖过程进行了模拟，得到大断面隧道围岩变形特性。
1 现场测试以往的道路多以单线，双线为主，随着我国经济的飞速发展，物流业的兴起，道路趋于多线，隧道的断面不断地增大，开挖的难度也在急剧地增加，因此对隧道围岩变形特性研究，确保隧道变形在规定范围内也面临着巨大挑战。隧道的划分按照断面面积标准如表1所示。
表1 隧道断面划分标准 下载原图
该隧道净空断面面积为90 m2，属于大断面隧道的范围。
1.1 拱顶下沉由于大断面黄土隧道施工难度大，为了实时监控隧道的变形，并保证施工人员的安全及施工顺利竣工，该隧道采用三台阶环形开挖法进行施工，并采取复合衬砌结构的支护结构。在隧道的断面布置12个观测点，用于测量该隧道的沉降量变化，可以很好地了解隧道开挖后，围岩经过一次衬砌、二次衬砌后的应力及变形变化，了解衬砌的效果，为简洁高效的衬砌施工提供依据。
隧道围岩变形主要表现为拱顶下沉与水平收敛。拱顶下沉随时间变化曲线如图1所示。
图1 拱顶下沉 下载原图
拱顶的下沉量在16 mm附近，在前2 d，黄土隧道的下沉量较小，无明显曲线变化，第2～5 d时，可以明显地看到下沉量的激增[1]，一方面由于前面2 d下沉量的积累，另一方面由于其本身的下沉量，第17 d时，下沉量很小，第22 d几乎不下沉，符合黄土松散性的特点。
除了拱顶下沉的变形外，还有水平收敛变形，其随时间变形如图2所示。
图2 水平收敛曲线 下载原图
水平收敛在第5～17 d，日收敛量在增加，之后收敛量降低趋于0，最终的水平收敛量约为3 mm。相较于拱顶下沉的变形而言，黄土隧道的水平收敛量比较小。
伴随着隧道的开挖，为保证施工人员的安全及保证施工顺利竣工，需保证顶部A测点所测量下沉量及下沉速度在规范限度内，因此需要时刻检测，根据现场数据得到拱顶下沉量随开挖进度曲线如图3所示。
