炭質(zhì)頁巖大變形隧道施工方法研究.pdf

1、隨著高速鐵路網(wǎng)布局的進(jìn)一步完善，隧道在新建鐵路中所占比例越來越高，其中穿越地質(zhì)條件極其復(fù)雜的軟巖大變形隧道對隧道修建的施工技術(shù)與方法提出了更高的要求。本文以牡綏線興源隧道為實(shí)際工程背景，采用現(xiàn)場調(diào)研與試驗(yàn)、理論分析與計算，以及數(shù)值模擬等綜合分析方法，對炭質(zhì)頁巖大變形隧道的施工方法進(jìn)行研究。主要研究內(nèi)容和成果如下：
　?。?）根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研情況以及施工現(xiàn)場監(jiān)控量測的結(jié)果分析，概括總結(jié)出興源隧道炭質(zhì)頁巖段圍巖具有變形量大、變形速率快、圍

2、巖壓力大和變形持續(xù)時間長的特征，圍巖變形表現(xiàn)出較強(qiáng)的流變特性。
　?。?）現(xiàn)場應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測結(jié)果結(jié)合工程水文地質(zhì)資料，從巖體自身特性、地下水因素、軟弱夾層以及施工方法四個方面探討了影響圍巖變形的因素。炭質(zhì)頁巖圍巖巖性軟弱、破碎、強(qiáng)度低是大變形的內(nèi)在因素；其薄層狀構(gòu)造使得圍巖發(fā)生彎曲變形，決定了大變形的類型；而地下水等環(huán)境因素加劇了大變形的發(fā)展；施工擾動則影響著圍巖變形發(fā)生的概率與程度。同時得出，高圍壓下的軟巖塑性流變、層狀巖體的彎曲

3、變形以及軟弱夾層的軟化作用，共同決定了炭質(zhì)頁巖的變形機(jī)理。
　?。?）通過對興源隧道試驗(yàn)段Ⅵ級圍巖在不同條件下塑性圈分布情況的理論計算，得出拱腰至拱腳處塑性區(qū)范圍受影響較大，塑性圈范圍隨埋深的增加而增大。根據(jù)剪切滑移破壞理論，對隧道試驗(yàn)段雙層初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載力進(jìn)行理論計算分析，驗(yàn)證了雙層支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。由洞壁位移公式，計算分析得出不同埋深下圍巖變形與時間的關(guān)系，進(jìn)一步揭示了試驗(yàn)段圍巖的流變特性。由變形計算分析結(jié)果以及現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)

4、據(jù)，并結(jié)合實(shí)際情況對興源隧道試驗(yàn)段進(jìn)行大變形分級，得出隧道試驗(yàn)斷面屬于Ⅱ級大變形。
　　（4）通過三維施工過程有限元數(shù)值模擬軟件，對圍巖變形和支護(hù)結(jié)構(gòu)受力起控制效果的施工方法進(jìn)行數(shù)值模擬優(yōu)選分析，同時根據(jù)興源隧道試驗(yàn)段特點(diǎn)針對性的提出了不同的變形控制措施。即從開挖方法、開挖進(jìn)尺、臺階長度、掌子面前方預(yù)加固范圍與長度，以及雙層初期支護(hù)施作間隔時機(jī)等方面層層優(yōu)化得到：三臺階七步留核心土的開挖方法，配合0.5m開挖循環(huán)進(jìn)尺、5m臺階長度