板巖隧道圍巖變形破壞機(jī)制及穩(wěn)定性控制方法研究.pdf

1、隧道施工的安全性與經(jīng)濟(jì)性一直以來都是人們最為關(guān)注的兩大主題。其中安全性取決于隧道圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)在施工和運(yùn)營中的穩(wěn)定，而經(jīng)濟(jì)性則是在保證安全性的前提下減小工程投入，這就需要在隧道的設(shè)計與施工中充分認(rèn)識圍巖特點(diǎn)，選擇合理的支護(hù)參數(shù)及施工方法。本文的依托工程貴廣鐵路板巖隧道為雙線鐵路隧道群，板巖自身獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致在施工中出現(xiàn)圍巖掉塊、超挖甚至塌方等工程問題，在這些工程問題中掉塊問題影響施工安全性、超挖問題影響施工的經(jīng)濟(jì)性、塌方問題則對施工

2、的安全性與經(jīng)濟(jì)性均有嚴(yán)重影響。
　　本文以貴廣鐵路板巖隧道施工安全性與經(jīng)濟(jì)性為出發(fā)點(diǎn)，詳細(xì)研究板巖的工程性質(zhì)從而探究板巖隧道施工中幾種工程問題的發(fā)生機(jī)理，進(jìn)而對隧道的支護(hù)參數(shù)及施工方法進(jìn)行詳細(xì)優(yōu)化，主要有如下研究成果:
　　(1)通過對板巖隧道的調(diào)查研究，總結(jié)了板巖隧道施工中常見問題如大變形問題、掉塊塌方問題及超挖問題的影響因素;依據(jù)貴廣鐵路板巖隧道群的調(diào)查研究將板巖隧道塌方問題歸納為巖層潰曲型、巖層滑落型與破碎板巖失穩(wěn)型三

3、種類型，將掉塊問題歸納為大塊掉落、臺階狀掉落及剝離式掉落三種類型，將超挖問題歸納為臺階狀超挖、鋸齒狀超挖及裂隙主導(dǎo)型超挖三種類型，并對各種工程問題的發(fā)生條件進(jìn)行詳細(xì)統(tǒng)計。
　　(2)在對板巖隧道常見工程問題影響因素統(tǒng)計的基礎(chǔ)上對板巖穩(wěn)定性的影響因素進(jìn)行歸納，通過巖石室內(nèi)試驗(yàn)及層間結(jié)合物遇水強(qiáng)度等試驗(yàn)研究對板巖穩(wěn)定性進(jìn)行亞分級。
　　(3)在理論分析的基礎(chǔ)上深入研究巖層潰屈型塌方、巖層滑落型塌方與破碎板巖失穩(wěn)型塌方的機(jī)理，定量

4、或定性分析了板巖隧道幾種塌方問題的失穩(wěn)條件;運(yùn)用彈性地基梁理論分析了層狀巖體的破壞機(jī)理，為中厚層板巖的破壞失穩(wěn)、臺階狀掉落及剝離式掉落提供了理論解釋。
　　(4)針對隧道施工中的圍巖穩(wěn)定控制問題在施工現(xiàn)場進(jìn)行大量現(xiàn)場試驗(yàn)，通過各類圍巖的圍巖壓力試驗(yàn)得出適用于板巖隧道的圍巖壓力計算方法，同時分析了板巖隧道豎向與橫向圍巖壓力的分布規(guī)律;通過現(xiàn)場試驗(yàn)與數(shù)值分析相結(jié)合的手段研究了錨桿在板巖隧道支護(hù)中的作用效果，結(jié)果顯示垂直于板巖層理面施作

5、的錨桿作用最大，其余部位錨桿的作用效果不明顯;利用現(xiàn)場試驗(yàn)與收斂約束法相結(jié)合的方法研究了鋼架的作用效果，著重對比分析型鋼鋼架與格柵剛架的適用性，結(jié)果顯示型鋼剛架雖然具有較大的安全儲備，但格柵剛架的受力特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)性較好，并最終得到適用于各級圍巖的鋼架支護(hù)形式及參數(shù)。
　　(5)通過理論計算及現(xiàn)場多次試驗(yàn)觀察總結(jié)了控制板巖隧道超挖的合理爆破方案及輔助施工方法;利用數(shù)值分析及理論分析的方法研究了板巖隧道塌方問題的控制方法，針對三種類型的