基于蒙華鐵路九嶺山隧道現(xiàn)場實驗的圍巖穩(wěn)定性研究.pdf

1、地下工程開挖過程中，圍巖強度低于二次應(yīng)力，圍巖進入塑形變形階段并形成塑性區(qū)，如果不及時支護，其頂部圍巖極易塌落，塌落部分在頂部圍巖一定深度范圍以內(nèi)，形成塌落拱。為此，研究地下空間工程開挖引起圍巖穩(wěn)定性變化、圍巖塌落拱規(guī)律，不僅有理論意義，而且有重要的實用價值。
　　目前，我國雙線鐵路隧道圍巖復(fù)合式襯砌的初期支護由錨桿、噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)及鋼架等組合而成。為了研究實際工程中各個初期支護部分對隧道穩(wěn)定性的影響，本論文以蒙華鐵路九嶺山隧

2、道為依托，結(jié)合FLAC3d有限差分強度折減法，通過開展現(xiàn)場實驗，對隧道圍巖穩(wěn)定性及塌落拱的塌落效應(yīng)進行研究，主要內(nèi)容包括:
　　(1)利用FLAC3d有限差分強度折減法，對隧道圍巖的破壞模式進行預(yù)判。對九嶺山隧道雙線鐵路隧道Ⅱ～Ⅴ級圍巖的安全系數(shù)進行了分析，得到無支護情況下Ⅱ～Ⅴ級圍巖有無系統(tǒng)錨桿段隧道安全系數(shù)分別為3.05（Ⅱ級圍巖）、3.40(Ⅲ級圍巖系統(tǒng)錨桿段)、3.35（Ⅲ級圍巖無系統(tǒng)錨桿段）、3.14（Ⅳ級圍巖系統(tǒng)錨桿段

3、）、3.45（Ⅳ級圍巖無系統(tǒng)錨桿段）、2.85（Ⅴ級圍巖系統(tǒng)錨桿段）、2.90（Ⅴ級圍巖無系統(tǒng)錨桿段），說明本文所依托背景工程研究區(qū)域內(nèi)，隧道開挖后圍巖強度能夠抵抗所受應(yīng)力，即隧道破壞不是應(yīng)力控制型破壞，此外還分析了隧道在破壞過程中的破壞形式，折減后破壞部位出現(xiàn)在邊墻、拱頂。
　　(2)Ⅱ～Ⅴ級圍巖錨桿受力普遍較小，但整體未出現(xiàn)明顯塌落拱式受力狀態(tài)，分析認為錨桿受力主要來自于隧道周邊的破碎圍巖（幾何不穩(wěn)定體）的松動荷載，并不存在塌

4、落拱荷載，試驗段錨桿僅是對隧道周邊的破碎圍巖（幾何不穩(wěn)定體）起到一定的錨固作用。試驗中系統(tǒng)錨桿支護試驗段初期支護受力明顯大于無系統(tǒng)錨桿支護試驗段，說明錨桿起到了一定的作用。
　　(3)噴射混凝土和格柵鋼架受力相比于材料極限抗壓強度較小，具有較大安全儲備。但結(jié)合錨桿受力分析認為并不存在塌落拱荷載，各個試驗段埋深相對應(yīng)的圍巖在一定埋深范圍內(nèi)自承載能力較好，理想狀態(tài)下能夠自穩(wěn)，初期支護受力主要來自于隧道周邊的破碎圍巖（幾何不穩(wěn)定體）的松

5、動荷載（形變壓力）。
　　(4)不同圍巖級別試驗段圍巖巖體的破碎情況和節(jié)理裂隙發(fā)育情況，能從一定程度上反映圍巖形變壓力大小，初期支護受力與支護的時機和圍巖的應(yīng)力釋放有關(guān)，圍巖地下水情況也對初期支護的受力也有很大的影響。
　　(5)Ⅳ級圍巖拱頂下沉累計值7.62mm和水平收斂累計值11.70mm，Ⅴ級圍巖拱頂下沉累計值2.6mm和水平收斂累計值4.56mm，隧道整體向凈空側(cè)變形，與試驗中格柵鋼架和噴射混凝土普遍受壓的數(shù)據(jù)相符合