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彭   举^1 ,2 ,  高新强^{1 ,2 , 3} ,  赵静波⁴ ,  孔    超⁵ ,  关岳卓尔^{1 ,2} ,   樊浩博² ,  朱正国²

( 1 .  石家庄铁道大学 省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室 ，石家庄 050043 ;

2.  石家庄铁道大学 土木工程学院 ，石家庄 050043 ;  3 .  河北省交通工程结构力学行为演变与控制重点实验室 ，石家庄 050043 ;  4.  中铁十八局集团有限公司 ，天津 300222 ;

5 .  西南科技大学 土木工程与建筑学院 ，绵阳 621000)

摘   要 ：针对极高地应力铁路隧道 ，采用有限元软件构建二维与三维模型 ，通过软化模量法模拟开挖应力释放 ，确定最佳支护时机。结合收敛 －约束法 ，建立应力释放率与开挖面距离的关系 ，评估初期支护最佳时机及其对围岩稳定性的影响。对比既有经验公式与数值结果 ，验证了模型可靠性。结果表明：极高地应力工况下，当应力释放率达 70% 时 ，滞后开挖面 0. 8 m 为最佳支护时机。支护结构安全性评估表明 ，合理参数下结构安全有保障。研究为隧道初期支护优化设计与安全评价提供了依据 ，具有工程应用价值。

关键词： 收敛－约束法 ；应力释放 ；支护时机 ；极限位移 ；安全评价 ；数值模拟

中图分类号：U45           文献标志码：A           文章编号： 1005- 8249   (2026)  02- 0119- 09

DOI:10. 19860/j.cnki.issn1005 - 8249.2026.02.019

Safety Analysis of Tunnel Supporting Structure Based on Convergence - Confinement Method

PENG Ju^{1 , 2} ,   GAO Xinqiang^{1 , 2 , 3}  ,  ZHAO Jingbo⁴ ,  KONG Chao⁵ ,   GUAN Yuezhuoer^{1 , 2}  ,

FAN Haobo² ,  ZHU Zhengguo²

( 1 . State Key Laboratory of Mechanical Behavior and System Safety of Traffic Engineering Structures ,

Shijiazhuang Tiedao University ,  Shijiazhuang 050043 ,   China;  2. School  of Civil Engineering ,   Shijiazhuang

Tiedao Univeisity ,  Shijiazhuang 050043 ,   China;  3 . Hebei Key Laboratory of Mechanics Behavior Evolution

and Control of Transport Engineering Structures ,  Shijiazhuang 050043 ,   China;  4. China  Railway  18th Bureau

Group Corporation Limted ,  Tianjin 300222 ,   China;  5 . School of Civil Engineering and Architecture ,   Southwest

University of Science and Technology ,   Mianyang 621000 ,   China)

Abstract :  For extremely high  stress  railroad tunnels ,   two - dimensional  and  three - dimensional  models  are  constructed  using finite element software ,   and the excavation stress release is  simulated by the softening modulus method to determine the optimal timing of support.   Combined with the convergence - constraint method ,   the  relationship  between the stress release rate and the

distance from the excavation surface is  established to  evaluate  the  optimal  timing of the  initial  support  and  its  influence  on  the stability of the surrounding rock.   The reliability of the model is verified by comparing the established empirical formulas with the numerical results .   The  results  show that when the stress release rate reaches 70%  under the extremely high stress condition ,   the lagging excavation surface of 0. 8  m  is  the  best time for support.   The  safety  assessment  of the  support  structure  shows  that  the structural safety  is  guaranteed  under  reasonable   parameters .    The  study  provides  a  basis  for  the   optimal   design  and  safety evaluation of the initial tunnel support ,   and has engineering application value .

Key  words :   convergence  -   confinement   method;   stress   relief;    support   timing;   limit   displacement;    safety   assessment; numerical simulation

项目来源：河北省自然科学基金项目  (E202310057) ；中国铁建股份有限公司 2019 年度科技重大专项  (2019 - A05) ；河北省省级

科技计划资助  (225676162GH) 。

作者简介： 彭   举  (1998—) ,   女 ，硕士研究生 ，研究方向： 隧道围岩稳定性。

通信作者： 高新强  (1970—) ,  男 ，博士 ，教授 ，研究方向： 隧道围岩稳定机理。

收稿日期：2024 - 07 - 03