昔格達(dá)組地層大斷面隧道變形規(guī)律及結(jié)構(gòu)受力特征研究.pdf

1、昔格達(dá)組地層是一種分布于我國(guó)西南地區(qū)的河湖相沉積半成巖，水穩(wěn)性差，遇水易泥化、崩解，強(qiáng)度大幅度降低。在隧道開挖過(guò)程中易產(chǎn)生圍巖大變形，初期支護(hù)結(jié)構(gòu)開裂、掉塊、坍塌冒頂?shù)葹?zāi)害事故。因此，在該地層中進(jìn)行大斷面交通隧道建設(shè)，面臨著一系列亟待解決的問(wèn)題。比如昔格達(dá)組地層圍巖變形規(guī)律;圍巖壓力分布規(guī)律;二次襯砌分擔(dān)圍巖壓力的比例范圍;支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度安全性;施工工法和圍巖強(qiáng)度劣化對(duì)昔格達(dá)組地層大斷面隧道圍巖變形、支護(hù)結(jié)構(gòu)受力的影響;圍巖變形的控制措施

2、等。因此，本文以改建鐵路成都至昆明線米易至攀枝花段MPZQ-2標(biāo)段桐梓林隧道為依托，通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研、理論分析、室內(nèi)物理力學(xué)特性試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試以及數(shù)值模擬等手段，對(duì)以上問(wèn)題展開了相關(guān)研究，并得到以下主要研究成果。
　　(1)在昔格達(dá)組土樣室內(nèi)物理力學(xué)特性試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取桐梓林隧道進(jìn)口埋深45m范圍內(nèi)五個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，測(cè)試隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)變形和受力情況，并結(jié)合數(shù)值模擬方法，研究昔格達(dá)組地層大斷面隧道圍巖變形規(guī)律和支護(hù)結(jié)構(gòu)受力特征。研究結(jié)果表明

3、:昔格達(dá)組地層大斷面隧道洞周圍巖變形以豎向沉降為主，拱頂沉降超前影響范圍為1.3倍洞徑，水平收斂超前影響范圍為1.7倍洞徑;隧道開挖后拱頂沉降預(yù)測(cè)公式U=102.15·exp(-5.33/X)，拱腳水平收斂預(yù)測(cè)公式L1=19.55·exp(-7.49/X)，墻腰水平收斂預(yù)測(cè)公式L2=17.86·exp(-23.26/X);掌子面后方隧道變形主要受中臺(tái)階開挖的影響;推薦采用《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》來(lái)計(jì)算昔格達(dá)組地層大斷面深埋隧道的圍巖壓力;鋼

4、架斷面處二次襯砌分擔(dān)圍巖壓力的比例范圍為37.7％～54.3％，噴射混凝土斷面處二次襯砌分擔(dān)圍巖壓力的比例范圍為39.7％～64.5％;噴射混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)力約為鋼架結(jié)構(gòu)內(nèi)力的1/10。
　　(2)通過(guò)數(shù)值仿真模擬，研究不同施工工法對(duì)昔格達(dá)組地層圍巖變形和支護(hù)結(jié)構(gòu)受力的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明:不同施工工法對(duì)昔格達(dá)組地層隧道拱頂沉降影響最大;當(dāng)隧道設(shè)計(jì)預(yù)留變形量為10cm～15cm時(shí)，推薦優(yōu)先選擇三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法;當(dāng)隧道設(shè)計(jì)預(yù)留變形量為

5、10cm以內(nèi)時(shí)，推薦優(yōu)先選擇CRD法。
　　(3)鑒于昔格達(dá)組地層遇水易泥化、崩解、強(qiáng)度大幅度降低等特征，運(yùn)用數(shù)值模擬手段研究昔格達(dá)組地層圍巖強(qiáng)度劣化對(duì)隧道圍巖變形和支護(hù)結(jié)構(gòu)受力的影響。研究結(jié)果表明:隧道開挖輪廓線外0.25倍洞徑范圍內(nèi)圍巖強(qiáng)度，對(duì)于控制昔格達(dá)組地層隧道洞周變形很重要;當(dāng)圍巖強(qiáng)度劣化系數(shù)超過(guò)2.0時(shí)，隧道圍巖有失穩(wěn)的可能;隧道開挖輪廓線以內(nèi)的圍巖強(qiáng)度對(duì)于控制掌子面擠出變形非常重要;為了有效控制掌子面擠出變形、保障隧