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《高速铁路隧道穿越断层破碎带加固方法的数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。
1、高速铁路隧道穿越断层破碎带加固方法的数值模拟第2期2010年06月岩土锚固工程YANTUMAOGUG0NGCHENGN0.2June2010高速铁路隧道穿越断层破碎带加固方法的数值模拟马伟斌蔡德钩张千里史存林王仲锦洛文海(中国铁道科学研究院铁道建筑研究所)[摘要】高速铁路隧道具有大断面的特点,其穿越断层破碎带时更易引发围岩坍塌和涌水的发生.本文通过对某高速铁路隧道围岩的物理力学特性试验,得到其岩体力学参数,然后采用数值模拟计算方法,分析了断层破碎带对隧道稳定性的影响程度.最后,通过对关键部位的支护
2、进行计算,表明喷锚支护能有效地抑制围岩位移,能保证隧道结构的稳定性.[关键词]高速铁路隧道断层破碎带喷锚支护数值模拟断层破碎带是因地壳变动使地层岩体沿破裂面发生明显位移或较大错动的断裂构造.断层破碎带是断层面两侧一定宽度内,受断层影响岩石发生破碎的地带,简称断层带.断层带内由于岩石破碎,使岩体的整体性和强度大大降低,为地下水活动提供了方便.铁路隧道在开挖过程中,经常会遇到断层破碎带,断层出露工作面时经常发生岩体沿软弱结构面滑动,坍塌或涌水,这是事故多发的险要地段.它不仅破坏了隧道的稳定性,而且直接
3、影响了开挖速度.本文针对湖北某高速铁路隧道开挖遇断层破碎带围岩变形破坏严重的问题,从宏观到微观,采用了现场调查与数值计算的研究方法,揭示了隧道开挖影响围岩稳定性的原因,在此基础上,对比分析了断层破碎带围岩加固前后的力学特性,验证了喷锚支护加固方案的正确性.1隧道断层破碎带围岩破坏特征和稳定性影响因素在隧道施工过程中,经常会遇到断层破碎带,影响了施工安全和开挖速度,必须采取合理的施工方法快速安全可靠地通过断层破碎带,防备断层破碎带附近出现坍塌等现象.隧洞开挖时断层破碎带围岩变形破坏的一般形式和特征为
4、:(1)拱顶坍塌.该形式破坏大多发生在断层破碎带,软弱夹层带,软硬岩交接带中,而且多由这些软弱夹层为突破点逐渐发展形成的.另外,当采用钻爆法开挖隧道时,由于爆破临空面不足,或一次爆破量过大等往往也引发坍塌破坏;(2)拱腰围岩坍塌.发生在开挖过程中,由于围岩过分破碎,松散或存在倾向洞内的岩石结构节理滑面而坍塌;(3)底鼓.当松软的隧道断层破碎带处于隧道底部,则会出现隧底隆起;(4)支护结构变形破坏的宏观显现.始自拱腰或边墙,初始表现为喷层开裂,围岩内鼓,崩塌,涌水等,继而有土砂流出,大块岩体错落,围
5、岩坍塌.隧道围岩是一个极其复杂的地质体,与其他工程材料相比,它具有两大特点:其一是岩体内部含有节理,断层等各种各样的不连续面,显着改变了岩体的强度特征和变形特征;其二是岩体含有原始内应力,其地应力场的大小和方向都显着影响着围岩的变形和破坏特性.隧道开挖后的围岩稳定性,如果没有及时的支护,则主要取决于隧道围岩承受的载荷与其自承能力的相对关系:围岩的承载能力大于其承受的载荷,隧道围岩是稳定的,否则失稳.根据围岩变形机理分析,得出影响隧道围岩稳定性的因素主要有:隧道围岩应力,最大水平主应力,隧道断面尺寸
6、和形状,应力释放的程度等.?18?第2期2010年O6月岩土锚固工程YANTUMAOGUGONGCHENGN0.2June20102断层破碎带对隧道围岩稳定性的影响岩体强度由于断层破碎带等结构面的存在而大为降低.软弱结构面的存在破坏了岩体的完整性,降低了岩体的整体强度.结构弱面的特征决定了其抗滑阻力的大小,并在一定意义上决定着隧道整体的稳定性.隧道穿越断层,尤其是破碎带的断层,开挖难度较大.破碎带规模一般宽度较大,它包括除破碎带自身的宽度以及还有一个比破碎带自身的宽度大得多的影响带.由于破碎带伴有
7、显着的黏土化和涌水,突破它时可能喷出大量涌水和土砂,造成围岩失稳,支护变形破坏.断层对隧道稳定性的影响与断层规模,断层本身的特点及组合情况有关.断层的性质,产状,断层两侧地层的岩性,岩体质量,断面形态,断层破碎带的宽度,层泥存在与否以及断层的导水性都不同程度地影响隧道结构的变形破坏.3隧道断层破碎带围岩喷锚支护机理隧道传统的"荷载一结构"模型的支护方法是先确定支护荷载即围岩压力,然后用相关的结构原理和设计方法确定支护结构,但没有考虑围岩的自撑能力以及支护与围岩的共同作用,视围岩为被动载荷,将围岩与
8、支护结构分离对待,认为围岩荷载与支护结构的刚度无关,其主要支护方式为现浇混凝土或钢筋混凝土衬砌,而忽视了围岩尤其是岩质围岩都有一定的自撑能力.因此传统方法过于保守,尤其是在构造复杂,断层交错地段施工会非常困难.随着地下工程规模的日益扩大,传统方法已不能满足地下工程发展的需要.一些年来,人们应用了对隧道支护系统的变形量测信息来指导设计和施工的"收敛一约束"原理,使地下工程技术发展进入了新的阶段.相继出现了锚杆支护,喷锚支护,钢筋网喷射混凝土钢格栅组合支护等作为隧道初期支护,以模筑混凝
