軟弱圍巖隧道側(cè)壓力系數(shù)反演分析及變形特性研究.pdf

1、軟弱圍巖在公路隧道施工中所占的比重較大，且多呈現(xiàn)節(jié)理發(fā)育和高地應力等特點。目前，對軟弱圍巖小凈距隧道施工過程中的圍巖特性與變形機制認識不清。因此，研究軟弱圍巖隧道變形特性具有重要的意義。論文分析了軟弱圍巖隧道的變形機理及圍巖-支護結(jié)構(gòu)平衡穩(wěn)定體系。依據(jù)新意法，研究了掌子面擠出變形、預收斂變形與收斂變形之間的關(guān)系。針對現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)進行回歸分析，利用位移反分析法反演側(cè)壓力系數(shù)λ。運用FLAC23D數(shù)值模擬，分析在不同λ下小凈距隧道軟弱圍巖的

2、變形特性，得到以下主要結(jié)論:
　　(1)對現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)進行回歸分析，確定拱頂下沉與水平凈空收斂最佳時態(tài)曲線方程分別為U=T/(0.1154+0.0271× T)和U=39.5276× e(-2.4498/T)。推算出拱頂與洞周極限位移值分別為36.96 mm和39.53mm。通過12次迭代收斂運算確定側(cè)壓力系數(shù)λ值為1.1305，滿足收斂精度要求，且誤差△=20.95％，目標函數(shù)f(λ)=31.4＜31.7。
　　(2)隧道

3、開挖導致沿軸線方向圍巖的變形呈逐步降低趨勢，且存在擠出變形與軸向距離為線性關(guān)系。當λ＜1.0時，擠出變形與頂?shù)最A收斂近似線性，而與水平預收斂不呈線性;當λ=1.0時，擠出變形與頂?shù)最A收斂和水平預收斂均呈線性關(guān)系;當λ＞1.0時，擠出變形與水平預收斂為線性，比與頂?shù)最A收斂的線性關(guān)系更為顯著。
　　(3)考慮在襯砌施加前軟弱圍巖已發(fā)生較大的變形，數(shù)值試驗施加襯砌的時機應選擇在圍巖發(fā)揮一定的自承能力后，試驗結(jié)果表明襯砌施加前圍巖變形約為

4、極限位移值的1/3～2/3;當λ=1.0時，襯砌剛度選定為10.5GPa，在合理的支護時機下，能夠提供足夠的支護抗力，充分發(fā)揮圍巖自承能力，防止軟弱圍巖發(fā)生大變形。
　　(4)擠出變形與預收斂變形可呈線性關(guān)系，預收斂變形影響掌子面后方的收斂變形大小。襯砌支護后，掌子面后方圍巖的收斂變形降低約50％，預收斂變形降低約25％，擠出變形降低約10％。于掌子面后方1m的范圍內(nèi)，圍巖變形發(fā)生了較大幅度的改變。由于掌子面固端效應和地應力場的影

5、響，于掌子面前方圍巖可能出現(xiàn)位移方向相反的現(xiàn)象。
　　(5)雙行洞開挖與先行洞單獨開挖相比，引起后者內(nèi)幫水平位移減小而外幫水平位移增加，且內(nèi)幫減小量大于外幫增加量。隨λ值增加，拱頂與仰拱豎向位移相對增加，當λ=0.5時，位移增量曲線的對稱效果顯著;當λ＜0.5時，相同距離對應的拱頂位移增量絕對值大于仰拱位移增量絕對值;當λ≥1.0時，相同距離對應的仰拱位移增量絕對值則大于拱頂?shù)摹?br>　　(6)后行洞擾動與雙行洞開挖相比，水平位