關(guān)角特長(zhǎng)鐵路隧道不良地質(zhì)致災(zāi)機(jī)理及控制技術(shù)研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，公路和鐵路選線以長(zhǎng)大隧道方式通過越嶺地段越來越多，修建長(zhǎng)大隧道往往要穿越復(fù)雜的地質(zhì)條件。關(guān)角隧道是新建青藏鐵路西格二線的重點(diǎn)、難點(diǎn)工程，長(zhǎng)32.605km(進(jìn)口高程為3378.72m，出口高程為3324.10m)，是目前世界最長(zhǎng)的高原鐵路隧道。關(guān)角隧道區(qū)內(nèi)地下水發(fā)育，巖體節(jié)理、裂隙發(fā)育，穿越斷層破碎帶長(zhǎng)度達(dá)2782m（單線），中等富水區(qū)17.760km，突水壓力最高達(dá)2.6MPa，最大涌水量達(dá)9000～9500m3/

2、h，施工中工作面坍塌、支護(hù)結(jié)構(gòu)變形開裂、大規(guī)模突涌水現(xiàn)象等工程問題頻發(fā)，施工非常困難和危險(xiǎn)。本文深入研究關(guān)角隧道不良地質(zhì)致災(zāi)機(jī)理及控制技術(shù)，得到以下研究成果:
　　(1)從資料調(diào)研和工程實(shí)踐入手，以定性分析方法研究關(guān)角隧道的突涌水機(jī)理。采用流量測(cè)試、聯(lián)通試驗(yàn)等手段，明確突涌水的水源補(bǔ)給?；诘湫屯挥克畬?shí)例的地質(zhì)資料、超前預(yù)報(bào)資料及設(shè)計(jì)施工情況，總結(jié)出關(guān)角隧道的水文地質(zhì)模型。依據(jù)關(guān)角隧道地區(qū)巖溶發(fā)育特點(diǎn)和長(zhǎng)距離反坡斜井的涌水、排水特

3、點(diǎn)，提出了掌子面和洞身突涌水模式，并針對(duì)突涌水模式的機(jī)理，結(jié)合理論分析和數(shù)值計(jì)算方法，提出相應(yīng)的處治對(duì)策，最終形成了一套適用于西北巖溶地區(qū)特長(zhǎng)隧道的突涌水綜合防治技術(shù)。
　　(2)采用經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方法，指出裂隙-溶隙水作用在二次襯砌上的水壓力分布規(guī)律具有局部高壓且長(zhǎng)期增大的特點(diǎn)。采用ANSYS建立荷載-結(jié)構(gòu)模型，研究局部水壓力作用下鐵路單線隧道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖的直墻和曲墻形式襯砌的受力特征和安全性，并對(duì)襯砌安全系數(shù)提高措施的作用效

4、果進(jìn)行分析，提出了局部高水壓作用下襯砌的設(shè)計(jì)參數(shù)，填補(bǔ)了目前在局部水壓顯現(xiàn)明顯地層中襯砌設(shè)計(jì)依據(jù)的不足。
　　(3)通過調(diào)研和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，定性分析地下水對(duì)巖體力學(xué)性質(zhì)的影響程度，對(duì)目前常用的規(guī)范中關(guān)于地下水對(duì)圍巖等級(jí)的修正規(guī)定進(jìn)行了歸納總結(jié)，發(fā)現(xiàn)了規(guī)范中存在的不足并提出改進(jìn)建議。采用理論分析的方法，推導(dǎo)得到了考慮滲流力時(shí)隧洞的彈塑性解。通過數(shù)值模擬，基于流固耦合理論，采用ABAQUS得到了地下水位、埋深、初期支護(hù)剛度和支護(hù)時(shí)機(jī)不同時(shí)

5、圍巖-支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布和變形規(guī)律，為圍巖-支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)分析提供了依據(jù)。
　　(4)采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，得到了富水破碎地層隧道的支護(hù)受力特征?；谒蓜?dòng)圈理論，得到錨桿的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度。基于厚壁圓筒理論，得到噴射混凝土、格柵鋼架、型鋼鋼架和組合支護(hù)體系的支護(hù)特征曲線。結(jié)合支護(hù)受力特征，提出了富水破碎圍巖隧道的支護(hù)對(duì)策。
　　(5)針對(duì)斷層破碎帶出現(xiàn)的失穩(wěn)現(xiàn)象，采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)手段，得到支護(hù)、圍巖的力學(xué)特性。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)合理論分析，對(duì)支

6、護(hù)方案提出了改進(jìn)措施。經(jīng)過采用FLAC3D建立數(shù)值模型進(jìn)行論證，表明改進(jìn)方案可有效的限制圍巖變形，降低圍巖的損傷程度和地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性?；诒ＷC安全、節(jié)省成本、縮短工期的原則，對(duì)改進(jìn)方案中的徑向注漿方法進(jìn)一步優(yōu)化，提出了縱向分區(qū)徑向注漿技術(shù)。通過數(shù)值模擬手段，采用FLAC3D建立三維彈塑性模型，對(duì)縱向分區(qū)的三個(gè)主要設(shè)計(jì)參數(shù):注漿滯后掌子面距離、注漿段落長(zhǎng)度、注漿段落間距進(jìn)行計(jì)算，得到了滿足不同變形控制效果的設(shè)計(jì)參數(shù)組合。