南京工业大学交通学院拉西瓦水电站左岸低线公路隧道毕.docx

第一章 基本资料
1.1设计依据和标准
1.1.1设计依据
部颁《公路工程技术标准》（JTJ001-97）；
部颁《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）；
部颁《公路规范地质勘察规范》（JTJ064-98）；
部颁《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89）；
部颁《公路工程基本建设项目设计文件编制办法》（1996）；
部颁《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ.1-1999）；
1.1.2技术标准
隧道按高速公路标准设计，为分离式双洞单向行驶隧道，采用的主要技术标准如下：
1、设计行车速度
隧道几何尺寸净空断面标准按120Km/h设计；隧道通风照明计算按80Km/h行车速度设计；
2、隧道建筑限界
建筑限界基本宽度：
行车道： W——23.75m
侧向宽度： L左——0.75m
L右——1.25m
检修道： J——20.75m
总基本宽度为：11.0m
隧道建筑限界净高：5.0m (检修道净高2.5m)。
3、卫生标准
正常营运时CO允许浓度285ppm,发生事故时CO允许300ppm；隧道内烟尘允许浓度；
4、设计交通量
预测2024年年平均日交通量为20491MTE/日（中型标准车）；
5、设计荷载
洞内路面设计荷载采用汽-超20，挂-120。

1.2工程概况
1.2.1隧道概况
拉西瓦水电站左岸低线公路隧洞进口位于泥鳅山古滑坡体上游侧，设计底板高程2249.8 m，出口位于回车场下游侧，底板高层2246 m，坡降0.325％。隧洞段全长1112 m。断面型式为城门洞形，开挖断面正常尺寸为12.2 m×8.87 m。隧洞水平埋深30～100 m，垂直埋深一般大于100 m。
1.2.2工程地质条件
1、地层岩性
左岸低线公路隧洞施工开挖揭露的地层为三迭系下统变质岩类：变质长英砂岩夹泥质板岩和帘石化灰岩等，呈中厚层～薄层状结构，互层或互为夹层状构造。泥质板岩相对较软弱，在层间错动构造影响下，易形成破碎夹层。
2、地质构造
施工开挖表明，左岸低线公路隧洞段断层、裂隙等地质构造较发育，其发育优势方向及规模随不同隧洞段而异。全洞岩体为单斜层结构，倾向下游。岩层走向NW340°～NE60°，倾向NE～SE，倾角10°～40°。裂隙结构面多以硬性为主，且多贯穿三壁。
3、岩体特征
隧洞区岩体在不同洞段岩石的风化、岩体的结构等特征也会有一定程度的差异。
桩号K0+740 m～K1+072 m段，岩石微风化，岩体多呈块状～层状结构，地下水活动较轻微，岩体中断裂构造较发育。桩号K1+072 m～K1+172 m段，岩石弱风化，无地下水活动，岩体多呈块层状及碎裂状结构，层间挤压破碎，易形成坍落。
4、地表水
隧址区内河流为黄河水系，地表水体为黄河及其南北两岸支流。黄河主要补给来源是大气降水，其次为地下水和冰雪融水等，黄河百年一遇洪峰量为1687m3/s，平均流量为561 m3/s。河水对混凝土和钢筋具有低等腐蚀，水下混凝土可不采取抗侵蚀措施。
5、地下水
勘探期间未见地下水。
1.2.3 隧道洞室围岩级别的划分
根据《公路工程地质勘察规范》规定的围岩分级的方法，隧道洞室围岩级别划分主要考虑以下因素：
1）围岩岩性、强度，即岩性特征；2）围岩岩体的结构特征、结构面特征；3）围岩岩体的完整性，岩石质量；4）构造影响程度；5）地下水活动特征对围岩强度的影响；6）围岩岩体物理力学指标，弹性参数等等。
现仅对本文选取的三个典型围岩洞段（K1+115 m、K1+010 m、K0+870 m）围岩地质参数进行介绍：(见表1-1)
表1-1 围岩地质参数
分析
断面
容重
/kN•m-3
岩体
模量
/GPa
粘聚力
/kPa
泊松比
摩擦角
/（°）
抗压
强度
/MPa
抗拉
强度
/kPa
K1+115
26.9
2.7
300
0.32
42.0
30
35
K1+010
26.9
5.9
680
0.30
43.9
50
115
K0+870
26.9
10.0
1060
0.25
48.4
80
268
根据规范：BQ = 90 + 3Rc + 250Kv。K1+115m段的围岩为较坚硬岩，Rc=30Mpa;岩体较破碎，Kv =0.35;BQ=267.5，围岩级别为Ⅳ级。K1+010m段的围岩为较坚硬岩，Rc=50Mpa;岩体较完整，Kv=0.65;BQ=402.5，围岩级别为Ⅲ级。K0+870 m段的围岩为坚硬岩，Rc =80Mpa;岩体完整，Kv =0.75;BQ = 517.5，围岩级别为Ⅱ级。
1.2.4地震等级
地震根据《中国地震烈度区划图（1990）及使用规定》，隧址区地震烈度为Ⅶ度。
1.3隧道纵断面及平面方案设计
1.3.1隧道纵断面
路线的选择是整个设计的基础，关系着施工的难易，工期长短，造价的大小，运营安全和运输效率。而隧道位置的选择又与整个路线的选择密切相关，隧道规范中规定；“高速公路，一级公路上的隧道和二、三、四级公路上的短隧道，其线型与公路的衔接应符合路线布设的规定。二、三、四级公路上的特长及长、中隧道的位置，原则上应服从路线的走向，路隧综合考虑。”但影响隧道路线选择的因素很多，除了考虑政治、经济、国防、施工等社会条件外，还要考虑工程地质、水文地质、地形等自然条件。在隧道设计中应抓住主要因素，统观全局才能寻找出一条比较符合要求的最优方案。 本段路线方案是在工可基础上，依据工可审批意见进行优化确定。其中隧道平面布置主要服从总体走向，在综合考虑线形指标及工程造价的前提下，主要考虑隧道进、出口条件、隧址区工程地质条件、营运管理设施场地因素；隧道纵断面设计综合考虑了隧道长度、主要施工方向、通风、排水、洞口位置及隧道进出口接线等因素。
1.3.2隧道横断面
隧道净空断面除应符合建筑限界的规定以外，还应考虑通风设备及排水、照明、消防、监控、管线电缆等设施所需的空间，并考虑土压影响，施工方法等必要的富裕量。经综合考虑该隧道采用曲墙式断面构造。
1、净空
经过断面优化分析后确定隧道净空断面为三心圆：拱部为单心半圆，半径为6.12m；侧墙为大半径圆弧，半径为8.62m；仰拱与侧墙间用小半径圆弧连接，半径为1.42m。内空考虑了侧墙预留装修层5cm。
2、横断面构造
（1）隧道横断面采用锚喷支护复合模筑混凝土衬砌，内夹防排水层。
（2）路面采用单面横坡，坡度2%，路面单侧设排水沟，路基中心设中心排水沟。
（3）横断面右侧沟槽设电缆及消防配水管，左侧沟槽设强电电缆。
3、净空断面尺寸拟订
拱圈：R=6.12 ｍ，相应角度为2×90°
侧墙：R=8.62 m ，相应角度为2×11°30’
仰拱：R=15.42 ｍ，相应角度为2×18°59’24”
连接段：R=1.42 ｍ，相应角度为59°30’36”。
详细见图1-1：

图1-1净空断面尺寸拟订图
1.4拟定初步衬砌方案
根据本隧道地形、地质条件，参考以往类似条件下的成功工程，初步拟订本隧道采用新奥法原理进行设计、施工。在Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级围岩中统一采用Ⅲ级围岩的衬砌方案，其具体尺寸如图1-2所示：

图1-2 拟订衬砌方案图

第二章 结构内力计算
2.1 荷载结构法原理
深埋隧道中复合式衬砌的二次衬砌应采用荷载结构法计算。荷载结构法的设计原理认为，隧道开挖后地层的作用主要是对衬砌结构产生荷载，衬砌结构应能安全可靠地承受地层压力等荷载的作用。计算时先按地层分类法或由实用公式确定地层压力，然后按弹性地基上结构物的计算方法计算衬砌的内力，并进行结构截面设计。采用荷载结构法计算隧道衬砌的内力和变形时，应通过考虑弹性抗力等体现围岩对衬砌变形的约束作用。弹性抗力的大小及分布，可根据衬砌在荷载作用下的变形、回填情况和围岩的变形性质等因素，采用局部变形理论，按下式确定： σ = k δ
2.2 荷载确定
2.2.1 计算垂直均布压力：
垂直均布压力计算式：(适于Ⅳ～Ⅵ级围岩中的深埋隧道)
q = 0.45 × 2s-1 ×γ×ω (式2-1)
式中：s——围岩类别，Ⅳ级围岩s = 4
γ——围岩容重，典型洞段围岩容重γ= 26.9 kN•m-3
ω——跨度影响系数，ω= 1+i(B-5),B = 6.57×2+0.06×2 = 13.26
故ω= 1+0.1×(13.26-5)= 1.826
经计算：K1+115m段q = 176.83 kpa，水平均布压力e = 0.3q = 53.049 kpa
2.2.2 划分浅埋和深埋隧道的分界：
浅埋和深埋隧道的分界：
Hp = (2～2.5)hq (式2-2)
式中：Hp ——浅埋隧道分界深度（m）
hq ——荷载等效高度（m）
hq = q/γ = 176.83/26.9 = 6.57m
在矿山法施工条件下，Ⅳ级围岩取
Hp = 2.5 hq = 16.43m
经确定：三个典型围岩洞段都属于深埋隧道。

2.3 衬砌要素
深埋围岩的弹性抗力系数K=28Gpa，衬砌材料采用C25混凝土，弹性模量分别为21Gpa、28Gpa，容重分别为24 kN·m-3、25 kN·m-3。
衬砌几何尺寸：
内轮廓线半径r=6.12m
外轮廓线半径R=6.12+0.45=6.57m
拱轴线半径：r1 =0.5×(6.12+6.57)=6.345m
r2 =0.5×(8.62+9.07)=8.845m
轴线圆弧中心角： θ=101°30’
2.4计算断面
（Ⅳ级围岩中K1+115m段属于深埋隧道情况）
衬砌参数
底拱半径： 15.820(m)
底拱半中心角： 19.000(度)
底拱厚度： 0.800(m)
侧墙高度： 1.200(m)
侧墙厚度： 0.800(m)
顶拱半径： 6.520(m)
顶拱厚度： 0.800(m)
围岩弹抗系数： 28000.000(MN/m3)
衬砌的弹性模量： 28000.000(MPa)
荷载参数
底部山岩压力： 176.830(kN/m)
侧向山岩压力： 53.050(kN/m)
顶部山岩压力： 176.830(kN/m)
顶拱灌浆压力： 20.000(kPa)
顶拱灌浆压力作用范围角： 60.000(度)
衬砌容重： 25.000(kN/m3)

计算简图

图2-1 计算简图
计算结果
计算结论:经过5次计算,达到各点设定抗力条件和法向位移一致!

轴向力 剪力 弯矩 切向位移 法向位移 转角 围岩抗力 单侧纵筋 箍筋面积 抗剪验算
N Q M U V W As Av
(kN) (kN) (kN.m) (mm) (mm) (度) (kPa) (mm^2) (mm^2)

底拱(从中心向左等分10段):
0 -1664.137 0.000 305.835 0.000 -2.436 0.000 0.0 1470.0 202.5 满足
1 -1665.489 27.053 298.734 0.041 -2.400 0.008 0.0 1470.0 202.5 满足
2 -1669.534 53.885 277.489 0.080 -2.295 0.015 0.0 1470.0 202.5 满足
3 -1676.249 80.278 242.273 0.115 -2.124 0.021 0.0 1470.0 202.5 满足
4 -1685.593 106.013 193.375 0.142 -1.897 0.027 0.0 1470.0 202.5 满足
5 -1697.509 130.877 131.195 0.161 -1.625 0.031 0.0 1470.0 202.5 满足
6 -1711.924 154.660 56.245 0.170 -1.322 0.033 0.0 1470.0 202.5 满足
7 -1728.751 177.160 -30.854 0.168 -1.007 0.034 0.0 1470.0 202.5 满足
8 -1747.885 198.180 -129.376 0.156 -0.699 0.032 0.0 1470.0 202.5 满足
9 -1769.211 217.530 -238.497 0.133 -0.421 0.027 0.0 1470.0 202.5 满足
10 -1792.596 235.031 -357.291 0.102 -0.200 0.020 0.0 1470.0 202.5 满足
侧底圆角(从右向左等分10段):
0 -1792.596 235.031 -357.291 0.102 -0.200 0.020 0.0 1470.0 202.5 满足
1 -1819.159 46.273 -392.804 0.100 -0.111 0.015 0.0 1470.0 202.5 满足
2 -1823.812 -147.193 -380.182 0.089 -0.043 0.010 0.0 1470.0 202.5 满足
3 -1805.336 -338.712 -318.531 0.071 0.004 0.006 0.1 1470.0 202.5 满足
4 -1769.408 -403.257 -221.134 0.048 0.031 0.003 0.9 1470.0 202.5 满足
5 -1734.306 -330.385 -126.920 0.024 0.043 0.001 1.2 1470.0 202.5 满足
6 -1710.478 -207.107 -58.874 0.000 0.046 -0.000 1.3 1470.0 202.5 满足
7 -1699.557 -91.091 -21.910 -0.025 0.042 -0.001 1.2 1470.0 202.5 满足
8 -1697.519 -19.732 -9.180 -0.049 0.033 -0.001 0.9 1470.0 202.5 满足
9 -1696.634 -19.493 -5.962 -0.072 0.022 -0.001 0.6 1470.0 202.5 满足
10 -1686.460 -111.520 8.404 -0.093 0.007 -0.001 0.2 1470.0 202.5 满足

侧墙(从底向上等分10段):
0 -1686.460 -111.520 8.404 -0.093 0.007 -0.001 0.2 1470.0 202.5 满足
1 -1684.060 -83.860 20.061 -0.102 0.005 -0.001 0.2 1470.0 202.5 满足
2 -1681.660 -62.480 28.783 -0.111 0.004 -0.001 0.1 1470.0 202.5 满足
3 -1679.260 -46.393 35.269 -0.120 0.002 -0.001 0.1 1470.0 202.5 满足
4 -1676.860 -34.299 40.078 -0.129 0.001 -0.000 0.0 1470.0 202.5 满足
5 -1674.460 -24.674 43.600 -0.138 0.000 -0.000 0.0 1470.0 202.5 满足
6 -1672.060 -15.823 46.031 -0.147 0.000 0.000 0.0 1470.0 202.5 满足
7 -1669.660 -5.931 47.356 -0.156 0.001 0.000 0.0 1470.0 202.5 满足
8 -1667.260 6.894 47.338 -0.164 0.003 0.001 0.1 1470.0 202.5 满足
9 -1664.860 24.569 45.508 -0.173 0.004 0.001 0.1 1470.0 202.5 满足
10 -1662.460 48.975 41.171 -0.182 0.007 0.001 0.2 1470.0 202.5 满足

侧顶圆角(从侧拱脚向右等分10段):
0 -1662.460 48.975 41.171 -0.182 0.007 0.001 0.2 1470.0 202.5 满足
1 -1662.446 48.952 41.116 -0.182 0.007 0.001 0.2 1470.0 202.5 满足
2 -1662.432 48.928 41.061 -0.182 0.007 0.001 0.2 1470.0 202.5 满足
3 -1662.417 48.904 41.006 -0.183 0.007 0.001 0.2 1470.0 202.5 满足
4 -1662.403 48.879 40.951 -0.183 0.007 0.001 0.2 1470.0 202.5 满足
5 -1662.389 48.855 40.896 -0.183 0.007 0.001 0.2 1470.0 202.5 满足
6 -1662.375 48.830 40.841 -0.183 0.007 0.001 0.2 1470.0 202.5 满足
7 -1662.361 48.805 40.785 -0.183 0.006 0.001 0.2 1470.0 202.5 满足
8 -1662.347 48.779 40.730 -0.183 0.006 0.001 0.2 1470.0 202.5 满足
9 -1662.332 48.754 40.675 -0.183 0.006 0.001 0.2 1470.0 202.5 满足
10 -1662.318 48.728 40.620 -0.183 0.006 0.001 0.2 1470.0 202.5 满足

顶拱(从拱脚向拱顶等分10段):
0 -1662.318 48.728 40.620 -0.183 0.006 0.001 0.2 1470.0 202.5 满足
1 -1637.402 -4.318 4.575 -0.259 0.005 0.003 0.1 1470.0 202.5 满足
2 -1586.798 -6.440 17.248 -0.334 0.009 0.003 0.2 1470.0 202.5 满足
3 -1530.566 125.413 -30.640 -0.407 0.010 0.003 0.3 1470.0 202.5 满足
4 -1473.942 53.227 -141.739 -0.475 -0.039 -0.001 0.0 1470.0 202.5 满足
5 -1397.443 -30.634 -150.400 -0.523 -0.211 -0.009 0.0 1470.0 202.5 满足
6 -1312.803 -79.726 -90.976 -0.529 -0.513 -0.015 0.0 1470.0 202.5 满足
7 -1231.856 -95.063 1.155 -0.477 -0.890 -0.017 0.0 1470.0 202.5 满足
8 -1165.322 -81.318 93.560 -0.363 -1.253 -0.015 0.0 1470.0 202.5 满足
9 -1121.732 -46.280 160.238 -0.196 -1.513 -0.009 0.0 1470.0 202.5 满足
10 -1106.571 0.000 184.397 0.000 -1.608 0.000 0.0 1470.0 202.5 满足

配筋结果
衬砌内侧横筋最大面积As = 1470.0mm2，外侧横筋最大面积As1 = 1470.0mm2；
横筋面积总和As = 2940.0mm2。
实配内外侧横筋Φ25，间距为300mm，面积总和As = 3271mm2。
箍筋最大面积Av = 202.5mm2。
实配箍筋Φ8，间距为200mm，面积Av = 502mm2。
截面尺寸抗剪验算： 满足。

结构变形和内力图

图2-2 变形图

图2-3 抗力分布图

图2-4 轴力图

图2-5 剪力图

图2-6 弯矩图

图2-7 切向位移图

图2-8 法向位移图

图2-9 转角位移图

第三章 有限元分析
3.1概述
本文运用软件Phase2采用二维平面应变模型模拟隧洞施工开挖、支护过程，采用Hoek-Brown准则确定围岩体力学参数，同时通过设置围岩开挖过程中围岩的应力释放系数以反应开挖对围岩强度的弱化作用。对三个典型围岩洞段进行仿真分析，对围岩的变形、稳定性及支护措施的效果做出较准确的评价。
3.2地质条件评价
3.2.1 Hoek-Brown准则
岩体的力学性质是岩体力学分析和稳定性评价的前提条件，又是岩体力学分析结果可靠与否的关键因素。因此，只有合理地选取岩体力学参数，才能保证数值仿真分析成果以及对工程支护措施优化成果的准确和可靠。Hoek-Brown准则的提出，巧妙地将室内岩石试验成果同现场地质条件结合了起来，它既考虑了岩块的力学性质，又将岩体的地质特征通过地质强度指标以定量的方式反应到岩体的变形及强度参数中，为工程人员采用各种理论及数值分析方法进行定量而准确的分析提供了重要的手段。Hoek-Brown在研究岩石、节理岩体和含裂隙类岩石材料的变形、强度特性及其破坏过程中发现：它们的强度包络线是弯曲的，最好用抛物线而不是Coulomb准则所提出的直线方程来表述。Hoek-Brown根据试验结果提出了经验准则，破坏准则应与试验确定的强度值相吻合；其数学表达式应简单，并最大程度地引入无量纲参数；准则应尽可能适用于节理岩体。
3.2.2 基本公式
1980年，针对节理岩体的一种强度评估方法由Hoek-Brown提出，该方法是建立在对岩石块体之间的相互镶嵌程度以及这些块体之间接触面条件的评价之上。
节理岩体的广义Hoek-Brown破坏判据用公式可表述为：
（式3-1）
式中：、分别为破坏时的最大、最小有效应力；为岩体的Hoek-Brown参数；为取决于岩体特征的参数；为完整岩石的单轴抗压强度。
对于完整岩石
（式3-2）
式中：为完整岩石的Hoek-Brown参数，该参数通过完整岩石一系列三轴试验结果的统计分析来确定。
同时，为了得到岩体的Hoek-Brown参数，Hoek-Brown在总结大量试验资料的基础上通过引入地质强度指标评价现场岩体的地质特征，提出了描述岩体强度特征的参数可按下式进行计算

若，即岩体质量介于好和中等之间，则

若，即岩体质量很差，则

经过多年的使用和验证后，Hoek又于2002年对该公式进行了修正，并将开挖或爆破等施工过程对岩体的扰动这一影响反应到Hoek-Brown参数中
（式3-3）
（式3-4）
（式3-5）
式中：D为岩体受开挖或爆破等外部荷载的扰动程度，其变化幅度介于0～1之间，0表示无扰动，1表示严重扰动。
可见，为了利用Hoek-Brown准则评价节理岩体的强度和变形性质，必须对岩体的三种性质做出估计，它们是：
（1）完整岩石的单轴抗压强度；
（2）完整岩石的Hoek-Brown常数mi；
（3）岩体的地质强度指标GSI。
而这其中联系岩体与岩石力学性质的关键是岩体的地质强度指标GSI。

3.2.3 Hoek-Brown参数
三个典型洞段的围岩Hoek-Brown参数见表3-1：
表3-1 围岩Hoek-Brown参数表
分析断面
σci /MPa
mi
GSI
mb
s
a
K1+115
30.0
8.
38.
0.874
0.0010
0.513
K1+010
50.0
8.
47.
1.205
0.0028
0.507
K0+870
80.0
8.
52.
1.441
0.0048
0.505
3.3有限元分析模型
本文采用Phase2软件有限元分析，隧道分两步开挖，分五步建模：
隧道洞室采用三心圆拱形模型，洞径约7米。围岩边界为三倍洞径，边界条件都为固定铰支座。围岩采用六节点三角形有限元网格划分。隧洞支护采用复合衬砌，初期采用锚喷支护，后期采用钢筋混凝土二次衬砌。围岩属性采用Hoek-Brown参数并通过设置围岩弹性模量和泊松比的降低表征围岩随开挖的强度削弱和开挖后的应力释放效应。
围岩断面图如下：
图3-1 开挖前围岩断面图

图3-2 开挖后围岩断面图

3.4有限元分析参数
表3-2 围岩及材料参数
分析
断面
容重
/kN•m-3
岩体
模量
/GPa
粘聚力
/kPa
泊松比
摩擦角
/（°）
抗拉强度
/kPa
σci /MPa
mi
GSI
mb
s
a
K1+115
26.9
2.7
300.
0.32
42.0
35
30.0
8.
38.
0.874
0.0010
0.513
K1+010
26.9
5.9
680.
0.30
43.9
115
50.0
8.
47.
1.205
0.0028
0.507
K0+870
26.9
10.0
1060.
0.25
48.4
268
80.0
8.
52.
1.441
0.0048
0.505
材料
容 重
/ kN·m-3
弹 模
/GPa
泊松比
抗拉强度
/MPa
喷混凝土
C25
24.0
21.0
0.167
1.5
钢筋混凝土衬砌
C25
25.0
28.0
0.167
1.5
锚杆钢筋
Ⅰ级
——
210.0
0.2
340.0

Phase2参数设置界面如下图所示：

图3-3 工程基本设置

图3-4 有限元网格设置

图3-5 地应力设置

图3-6 围岩材料属性设置

图3-7 衬砌属性设置
3.5有限元分析方案
隧道分两步开挖：首先开挖上半洞，待开挖到掌子面作锚喷支护，并用软件模拟受力分析；其次将上半洞挖空，完善锚喷支护并模拟受力分析；再次开挖下半洞，同样待开到掌子面作锚喷支护并模拟受力分析；最后全洞挖空，待锚喷支护稳定作二次衬砌，再模拟受力分析。通过分布开挖过程中模拟分析，了解隧道施工过程中围岩的应力分布变化以及隧道支护结构的内力变化，从而准确、安全地进行结构设计。
本次模拟分析分五步建模，不同区域的围岩材料采用不同颜色区分，隧洞内围岩材料的弹性模量和强度会随着开挖过程的深入而不断降低。当隧洞挖空则围岩材料为空白，并将围岩参数设置成原始状态的十分之一，以表征隧洞挖空后围岩的应力释放。
隧道的锚喷支护未激活时为灰色，一旦激活则为深色，则锚喷支护设置的参数才有效，能够有效地抵制围岩开挖过程中的变形。因为隧道分两步锚喷支护，所以也用不同颜色区分，不过其物理力学性质相同。
隧道分布开挖示意图及开挖过程中的断面图见下图：

图3-8 隧道分布开挖示意图

图3-9 第一步开挖至掌子面时的围岩断面图

图3-10 第一步开挖后的围岩断面图

图3-11 第二步开挖至掌子面时的围岩断面图

图3-12第二步开挖完的围岩断面图

3.6有限元分析成果
隧道（Ⅳ级围岩中K1+115m段）结构有限元分析
图3-13开挖前围岩的Y 向受力图

图3-14 开挖后围岩的Y向受力图

图3-15 开挖后围岩的Y向位移图

图3-16 开挖后围岩的位移向量分布图

图3-17 开挖后围岩的主应力分布图

图3-18 衬砌弯距图

图3-19 衬砌轴力图

图3-20 衬砌剪力图

隧道（Ⅲ级围岩中K1+010m段）结构有限元分析
图3-21 开挖前围岩的Y 向受力图

图3-22 开挖后围岩的Y向受力图

图3-23 开挖后围岩的Y向位移图

图3-24 开挖后围岩的位移向量分布图

图3-25 开挖后围岩的主应力分布图

图3-26 衬砌弯距图

图3-27 衬砌轴力图

图3-28 衬砌剪力图

隧道（Ⅱ级围岩中K0+870m段）结构有限元分析
图3-29 开挖前围岩的Y 向受力图

图3-30 开挖后围岩的Y向受力图

图3-31 开挖后围岩的Y向位移图

图3-32 开挖后围岩的位移向量分布图

图3-33 开挖后围岩的主应力分布图

图3-34 衬砌弯距图

图3-35 衬砌轴力图

图3-36 衬砌剪力图

3.6.1 隧道周围的围岩位移
由上述位移图可知，隧道周围围岩的最大位移只有4.8毫米。隧道开挖过程中，总的拱顶下沉量是很小的，都在4毫米左右，而仰拱出的围岩有向上的反弹也只有约4毫米。两侧边墙的水平位移不足1毫米。隧道周围的围岩总体的移动趋势：拱顶下沉、两侧边墙张开、而拱底向上移动。从位移图上还可以看出拱顶围岩塌落的径度大概在两倍洞径左右，两侧边界位移趋势成水平形状，说明影响的边界在两倍洞宽左右，而本次分析计算采用的隧洞四周边界均为3倍洞径，所以其计算模型所选用的边界条件是可靠的，计算所得的结果是可行的。总的来说双车道高速公路隧道是安全的，围岩能够稳定。
3.6.2 隧道周围的围岩应力
从各个方向的应力图以及主应力图可以看出，随着隧道的开挖修建，整个地层大部分区域都是受压的，只是在隧道附近一个很小的区域内出现拉应力。同时在图中可知道，拉应力区域都在所加固的范围是由锚杆的长度决定的。而本隧道锚杆设计长度为4米。因此，所采用的锚杆长度是合理的，而且是有效的。地层在仰拱部分的拉应力也比较大，因此，建议在施工工程中，宜尽早封闭。从整个应力图可以得出，所设计的初期支护参数能够满足施工过程中的围岩的稳定。
3.6.3 隧道衬砌内力
衬砌结构的变形和内力图可以看出，边墙的轴力比较大，而边墙与仰拱连接处的弯距和剪力都特别大，有应力集中的现象。所以，建议在施工过程中，应在此处打锁角锚杆，并适当加厚此处的衬砌结构，同时还有采用钢筋混凝土作为二次衬砌来满足要求。