梁鹏等：隧道初支合理支护时机确定方法及其工程应用 269· Input the parameters of the tunnel and the rock masses 中1中 Build the 2D numerical model Build the 2D numerical model Build the 3D numerical model Determine the information Determine the displacement Determine the monitoring section monitoring points monitoring points Excavate the tunnel Excavate the tunnel Excavate the tunnel by steps by stress release method by stress release method Calculate the mean value of Calculate the stress release rate displacement release coefficient Calculate the mean value of the Calculate the LDP fitting curve failure approach index Calculate the stress release rate Determine the critical Determine the critical Determine the optimal stress release rate displacement release coefficient supporting time Analyze the influencing factors of the supporting time 图3最佳支护时机设计流程图 Fig.3 Flowchart showing the calculation procedure of the optimum support time 求解，其中山为围岩的剪胀角 计》中设计方案进行建模.隧道开挖跨度为13.78m, Zhao和Cai2]根据不同剪胀角模型设置计算 矢高为11.52m,为双洞单线隧道，在模拟计算时仅 工况，揭示出塑性软化参数和的线性关系：即 考虑单洞情况，忽略另一线的施工扰动.根据圣维 使是在剪胀角很高的情况下，两个塑性参数的线 南原理，并考虑到隧道埋深、开挖跨径及计算效率 性关系依然与剪胀角为零时相接近.因此，在进 等因素，选取二维和三维模型范围分别为150m× 行FLAC3D数值计算时，可直接采用剪胀角为零的 125m×1m(X×Y×Z)和150m×125m×100m(XxY×Z). 情况，此时式(3)可转换为 模型的上边界距离隧道顶部55m,隧道中心距模 k=yP/2 (6) 型左、右边界均为75m.隧道埋深为300m,考虑 3.2数值模型及物理力学参数 到模型几何尺寸的限制，将上覆重力荷载施加于 3.2.1计算模型及监测点 顶部边界，图4为隧道三维数值模型和边界条件 使用FLAC3D对隧道围岩的支护时机进行计 图4(b)中P1、P2、P3、P4和P表示位移监测点，用 算，依据《延崇高速公路工程玉渡山隧道施工图设 以记录、求解隧道径向位移释放系数 小30m Overburden gravity load 70m 0↓↓↓↓↓↓↓ Local grid refinement Monitoring section Tunnel P P P 150m 100m 797 797 150m 图4数值模型几何尺寸与边界条件.(a)模型几何尺寸：(b)模型边界条件 Fig.4 Numerical model geometry and boundary conditions:(a)model geometry;(b)boundary conditions求解，其中 ψ 为围岩的剪胀角. Zhao 和 Cai[23] 根据不同剪胀角模型设置计算 工况，揭示出塑性软化参数 k s 和 γ p 的线性关系：即 使是在剪胀角很高的情况下，两个塑性参数的线 性关系依然与剪胀角为零时相接近. 因此，在进 行 FLAC3D 数值计算时，可直接采用剪胀角为零的 情况，此时式（3）可转换为 k s = γ p / 2 （6） 3.2    数值模型及物理力学参数 3.2.1    计算模型及监测点 使用 FLAC3D 对隧道围岩的支护时机进行计 算，依据《延崇高速公路工程玉渡山隧道施工图设 计》中设计方案进行建模. 隧道开挖跨度为 13.78 m， 矢高为 11.52 m，为双洞单线隧道，在模拟计算时仅 考虑单洞情况，忽略另一线的施工扰动. 根据圣维 南原理，并考虑到隧道埋深、开挖跨径及计算效率 等因素，选取二维和三维模型范围分别为 150 m× 125 m×1 m (X×Y×Z) 和 150 m×125 m×100 m (X×Y×Z). 模型的上边界距离隧道顶部 55 m，隧道中心距模 型左、右边界均为 75 m. 隧道埋深为 300 m，考虑 到模型几何尺寸的限制，将上覆重力荷载施加于 顶部边界. 图 4 为隧道三维数值模型和边界条件. 图 4（b）中 P1、P2、P3、P4 和 P5 表示位移监测点，用 以记录、求解隧道径向位移释放系数. 125 m X Z Y Tunnel Local grid refinement Monitoring section (a) (b) 125 m 150 m 150 m 100 m 70 m 30 m Overburden gravity load P1 P2 P3 P4 P5 图 4    数值模型几何尺寸与边界条件. （a）模型几何尺寸；（b）模型边界条件 Fig.4    Numerical model geometry and boundary conditions: (a) model geometry; (b) boundary conditions Determine the optimal supporting time Calculate the mean value of the failure approach index Build the 2D numerical model Determine the information monitoring points Calculate the stress release rate Build the 2D numerical model Excavate the tunnel by stress release method Calculate the mean value of displacement release coefficient Determine the displacement monitoring points Build the 3D numerical model Determine the monitoring section Calculate the mean value of displacement release coefficient Excavate the tunnel Excavate the tunnel by steps by stress release method Calculate the stress release rate Calculate the LDP fitting curve Input the parameters of the tunnel and the rock masses Determine the critical stress release rate Determine the critical displacement release coefficient Analyze the influencing factors of the supporting time 图 3    最佳支护时机设计流程图 Fig.3    Flowchart showing the calculation procedure of the optimum support time 梁    鹏等： 隧道初支合理支护时机确定方法及其工程应用 · 269 ·