軟弱圍巖隧道變形特征與控制技術研究.pdf

1、軟弱圍巖隧道的穩(wěn)定性及變形控制一直是界內關注的焦點之一，而軟弱圍巖隧道工程的設計理念、穩(wěn)定性判別方法和變形控制技術又是控制隧道施工安全、施工造價以及施工周期的決定因素。經(jīng)過了多年來隧道界的共同努力，雖然在某些方面取得了長足發(fā)展，但還遠未形成一個成熟的理論體系。本文在借鑒和傳承國內外現(xiàn)有理論研究成果的基礎上，根據(jù)我國鐵路隧道施工分部開挖的特點，針對軟弱圍巖山嶺隧道，采用數(shù)值模擬和典型工程現(xiàn)場試驗的方法，在施工變形特征、施工過程穩(wěn)定性判別以

2、及變形控制技術等方面進行了系統(tǒng)研究，并形成以下主要成果:
　　(1)軟弱圍巖隧道空間變形一般均包括三個部分，即掌子面前方的先行變形、掌子面變形和后方收斂變形。先行變形影響范圍約為掌子面前方1.5D以內;對于軟弱圍巖隧道，掌子面前方先行變形中，拱頂下沉較水平收斂更加明顯。
　　(2)軟弱圍巖隧道，圍巖掌子面擠出變形、上臺階拱腳沉降變形均相對顯著。隧道開挖后鐵路單線隧道以收斂變形為主，鐵路雙線隧道拱頂沉降變形亦相對顯著。

3、　　(3)軟弱圍巖隧道產生較大變形的根本原因在于圍巖軟弱和地應力值相對較大，施工過程中洞周圍巖塑性區(qū)分布范圍和深度大，隧道變形的主方位一般為塑性區(qū)主發(fā)展方位。
　　(4)定義了軟弱圍巖隧道體系的極限狀態(tài)。軟弱圍巖隧道穩(wěn)定可定義為:施工中圍巖不發(fā)生坍塌，洞周位移協(xié)調發(fā)展且收斂，支護結構不產生影響承載能力的開裂和破損。當圍巖和支護系統(tǒng)一起，或其一部分達到上述臨界狀態(tài)為隧道的穩(wěn)定性極限狀態(tài)。
　　(5)將突變理論引用到隧道，形成了

4、基于塑性應變突變理論的圍巖穩(wěn)定性分析方法，并確定了未支護隧道的極限位移。
　　(6)根據(jù)鋼架和混凝土噴層不同的材料特性和支護作用效果，研究中考慮了二者的不同作用時機，并在支護結構極限狀態(tài)定義的基礎上，確定了不同圍巖級別、不同埋深下的支護后隧道體系相應的極限位移。
　　(7)采用面內非線性屈曲模型，對支護結構的承載極限和失穩(wěn)模式進行了分析研究。分析結果顯示，錨桿抗力在20～100 MPa/m之間時，支護結構的承載能力為0.5～

5、1.0 MPa，說明在深埋軟弱圍巖隧道條件下，支護結構發(fā)生整體壓潰的可能性很大。同時，支護結構在發(fā)生整體失穩(wěn)時，一般變形是不協(xié)調的，這一點也符合工程實際情況。
　　(8)在數(shù)值分析和現(xiàn)場試驗的基礎上，形成了軟弱圍巖隧道變形控制技術體系。具體包括:開挖技術、支護技術、掌子面穩(wěn)定技術、拱腳穩(wěn)定技術、支護補強技術、超前支護技術以及空間變形監(jiān)測及反饋技術等。
　　(9)根據(jù)軟弱圍巖隧道施工過程中各工況下隧道變形的計算統(tǒng)計結果、典型隧