昔格達組地層大斷面隧道變形規(guī)律及結構受力特征研究.pdf

1、昔格達組地層是一種分布于我國西南地區(qū)的河湖相沉積半成巖，水穩(wěn)性差，遇水易泥化、崩解，強度大幅度降低。在隧道開挖過程中易產(chǎn)生圍巖大變形，初期支護結構開裂、掉塊、坍塌冒頂?shù)葹暮κ鹿省Ｒ虼?，在該地層中進行大斷面交通隧道建設，面臨著一系列亟待解決的問題。比如昔格達組地層圍巖變形規(guī)律;圍巖壓力分布規(guī)律;二次襯砌分擔圍巖壓力的比例范圍;支護結構強度安全性;施工工法和圍巖強度劣化對昔格達組地層大斷面隧道圍巖變形、支護結構受力的影響;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標段桐梓林隧道為依托，通過文獻調(diào)研、理論分析、室內(nèi)物理力學特性試驗、現(xiàn)場測試以及數(shù)值模擬等手段，對以上問題展開了相關研究，并得到以下主要研究成果。
　　(1)在昔格達組土樣室內(nèi)物理力學特性試驗的基礎上，選取桐梓林隧道進口埋深45m范圍內(nèi)五個監(jiān)測斷面，測試隧道支護結構變形和受力情況，并結合數(shù)值模擬方法，研究昔格達組地層大斷面隧道圍巖變形規(guī)律和支護結構受力特征。研究結果表明

3、:昔格達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測公式U=102.15·exp(-5.33/X)，拱腳水平收斂預測公式L1=19.55·exp(-7.49/X)，墻腰水平收斂預測公式L2=17.86·exp(-23.26/X);掌子面后方隧道變形主要受中臺階開挖的影響;推薦采用《鐵路隧道設計規(guī)范》來計算昔格達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圍巖壓力的比例范圍為39.7％～64.5％;噴射混凝土結構內(nèi)力約為鋼架結構內(nèi)力的1/10。
　　(2)通過數(shù)值仿真模擬，研究不同施工工法對昔格達組地層圍巖變形和支護結構受力的影響規(guī)律。研究結果表明:不同施工工法對昔格達組地層隧道拱頂沉降影響最大;當隧道設計預留變形量為10cm～15cm時，推薦優(yōu)先選擇三臺階臨時仰拱法;當隧道設計預留變形量為

5、10cm以內(nèi)時，推薦優(yōu)先選擇CRD法。
　　(3)鑒于昔格達組地層遇水易泥化、崩解、強度大幅度降低等特征，運用數(shù)值模擬手段研究昔格達組地層圍巖強度劣化對隧道圍巖變形和支護結構受力的影響。研究結果表明:隧道開挖輪廓線外0.25倍洞徑范圍內(nèi)圍巖強度，對于控制昔格達組地層隧道洞周變形很重要;當圍巖強度劣化系數(shù)超過2.0時，隧道圍巖有失穩(wěn)的可能;隧道開挖輪廓線以內(nèi)的圍巖強度對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