隧道穿越斷層圍巖大變形及其控制技術研究.pdf

1、在建的雅康高速公路前碉3＃隧道，洞身巖體含有兩組極其發(fā)育的構造節(jié)理且把局部巖層切割成塊狀，導致洞頂圍巖及隧道右洞壁圍巖的巖塊穩(wěn)定性較差，出現(xiàn)掉塊和滑脫現(xiàn)象。因此，在如此巖體中進行隧道施工，其圍巖應力、變形及其破壞模式將會非常復雜，一旦施工方法或工序不合理，則可能發(fā)生隧道塌方甚至造成重大工程事故。為此，本文以隧道穿越斷層圍巖大變形的前碉3＃隧道工程中出現(xiàn)的重大難點問題為背景，綜合運用文獻研究、理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場實測等方法對隧道穿越破

2、碎巖體及斷層的施工力學行為、過斷層帶-正常帶交界面災變模式及其控制技術進行深入分析研究，主要研究工作和成果如下:
　　1、運用文獻綜述等方法，結合雅康高速公路前碉3＃隧道工程實際，對巖體破碎且有斷層切割的不良地質條件進行了分析，研究了破碎巖體隧道施工的開挖工法。
　　2、運用理論分析和數(shù)值模擬手段對隧道穿越破碎巖體采用環(huán)形預留核心土法、臺階法、全斷面法等3種開挖方法進行研究，結果表明:3種工法最大水平位移依次為11.97cm

3、、9.33cm、37.20cm，可以看出臺階法水平位移最小，與環(huán)形預留核心土法較接近;3種工法豎直位移的最大沉降依次為30.32cm、37.98cm、59.94cm，而向上隆起最大值分別為23.67cm、25.30cm、31.68cm。很明顯，環(huán)形預留核心土法最大沉降與隆起值均最小，臺階法與環(huán)形預留核心土法在不考慮涌水等不利作用下時各有利弊。就圍巖變形而言，環(huán)形預留核心土法整體略優(yōu)，但是臺階法施工進度快。
　　3、采用運用粒子流方

4、法對隧道穿越大斷層施工進行計算，當完整巖體—破碎巖體分界面逐漸從隧道中心向上升至隧道右拱肩一定距離時，隧道整體變形及其襯砌的變形具有較為特殊的破壞特征。在半完整—半破碎巖體中，隧道的變形較大，大變形部位主要在破碎帶附近，且完整巖體由于受到破碎巖體擠壓作用，也會出現(xiàn)較大變形。
　　4、研究發(fā)現(xiàn)，隧道在半完整—半破碎巖體中的災變模式隨著分界面的相對位置變化而變化，主要破壞規(guī)律有以下3種情況:
　　(1)楔形體擠壓破壞
　　

5、從分界面通過近似圓心至分界面與隧道輪廓相切的過程中，完整巖體中逐漸形成楔形體，隧道右側受到破碎巖體擠壓，造成楔形體中應力集中程度逐漸增加，使完整巖體更容易出現(xiàn)失穩(wěn)，導致上覆破碎巖體容易出現(xiàn)整體垮塌，此過程中襯砌結構受到破碎巖體的擠壓作用，容易出現(xiàn)局部開裂甚至掉塊，容易導致隧道整體失穩(wěn)破壞。
　　(2)楔形體尖端斷裂
　　在隧道輪廓與近似分界面相切情況下，完整巖體中形成的楔形體最為“尖銳”，在破碎巖體擠壓作用下極易出現(xiàn)斷裂，導

6、致楔形體尖端和附近破碎巖體整體垮塌。此災變模式是隧道面臨的最為不利的情況，在施工中應當密切注意，采取科學合理的手段進行加固。
　　(3)巖橋斷裂
　　在分界面逐漸遠離隧道輪廓時，完整巖體中形成了巖橋，當巖橋較薄時，在施工中爆破振動等影響下容易出現(xiàn)斷裂，出現(xiàn)和第二種模式中類似的災變模式因此也需要密切注意，合理加固。
　　5、依據(jù)隧道的破碎穩(wěn)定性分析結果以及過斷層帶隧道圍巖的災變特性與潛在災變模式，結合隧道圍巖大變形及其施