浅埋偏压隧道洞口段施工力学特性及控制技术研究.pdf

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1、论文THESIS浅埋偏压隧道洞口段施工力学特性及控制技术研究文/山西省公路局太原分局 梁玉荣随着国家公路网的不断完善及“一带一路”发展战略在地质构造方面，隧址区内分布有一断层带，属于的逐步实施，我国高速公路逐步向山区迈进。大量的高速逆断层，其断层走向为NE35°，倾向为NW320°，倾角为公路隧道洞口段面临软弱破碎围岩、浅埋、偏压、富水、45°，断层带在隧道洞口段分布宽度为100m，且受地质构滑坡等不良地质条件，因此在隧道洞口段施工过程中，难造的影响，断层带围岩节理裂隙极为发育，属于软弱破碎免会对原有

2、围岩产生扰动，破坏原有的平衡状态，从而导围岩，加之隧道洞口段存在浅埋偏压情况，其施工风险较大。致隧道洞口段施工难度大、施工灾害多，严重威胁隧道洞口段施工机械及人员的安全。施工力学特性分析本文结合山西某浅埋偏压隧道洞口段的工程案例，总数值模型结分析其工程地质特点，利用数值模拟手段分析其施工过由该项目隧道洞口段属于典型的浅埋偏压地段，且围程中的力学特性，从而有针对性的提出施工控制措施，其岩属于强风化灰岩，围岩较为破碎、节理裂隙发育、围岩研究成果可为类似工程提供技术支撑。整体稳定性极差，为全面掌握施工过程中

3、的力学特性，选用ANSYS有限元分析软件建立数值模型，对其上下台阶法工程概况施工过程进行模拟。该模型采用弹塑性本构模型，并服从山西某高速公路隧道为双洞分离式特产隧道，左线起摩尔-库仑屈服准则。模型边界范围为：上边界采用实际讫里程为ZK85+805至ZK88+860，全长为3055m；右线起地表情况，下边界为2.5倍的隧道洞径，左右两侧边界分讫里程为K85+757至K88+870，全长为3133m。隧址区位别为2倍的隧道洞径。在约束条件方面，模型左右两侧施于山西北部芦芽山脉中，其地势险峻，相对高差达10

4、00余加X方向的约束，底部施加Y方向的约束。米，隧道洞身段地势起伏较大，属典型的高山沟壑地区。在建立模型过程中，隧道软弱围岩、初期支护、注浆根据隧道地质勘查资料，隧址区地层主要有第四系上体均采用平面二维6节点单元，二衬采用平面Beam（梁）更新统松散堆积层、寒武系上统及寒武系中统。其中，第单元进行模拟，其具体物理力学参数情况见表1。3el+dl四系上更新统松散堆积层主要为坡积层（Q），主要分上台阶开挖力学特性布于隧道洞口段及洞身地表处，其岩性为碎石土、杂填土，在隧道开挖施工模拟过程中，首先确定荷载分担

5、比，结属于典型的软弱破碎围岩；寒武系上统主要呈层状构造，合该项目的实际情况，取初支施作时荷载释放80%，二衬施上层为白云质灰岩、页岩，下层为厚层白云岩，呈细粒结构；作后荷载释放20%；其次利用“Kill”命令“杀死”上台阶部寒武系中统主要岩性为薄层石英砂岩，呈细粒结构，与下位的地层单元；再将相应初支部位的Beam单元激活，以模层太古界地层接触关系为角度不整合。拟该部位的支护结构施作，其所得分析结果如图3、4所示。3材料弹性模量E/GPa泊松比μ内摩擦角φ/°粘聚力C/MPa容重kN/m软弱0.15软弱

6、软弱软弱软弱围岩0.150.35220.0118初支300.18//25二衬280.20//22注浆体250.20//24表1 模型材料的物理力学参数116ChinaHighway论文THESIS浅埋偏压隧道洞口段施工力学特性及控制技术研究文/山西省公路局太原分局 梁玉荣图1 上台阶开挖后图2 上台阶开挖后图5 下台阶开挖后图6 二衬弯矩图X方向应力分布图Y方向应力分布图Y方向应力分布图随着国家公路网的不断完善及“一带一路”发展战略在地质构造方面，隧址区内分布有一断层带，属于从图1、2中可以看出，隧道

7、上台阶开挖后出现了临空不利于隧道整体稳定性，因此需要通过优化施工工艺，并的逐步实施，我国高速公路逐步向山区迈进。大量的高速逆断层，其断层走向为NE35°，倾向为NW320°，倾角为面，围岩产生卸荷而向内收敛，围岩应力在X方向呈现出采用辅助工法。公路隧道洞口段面临软弱破碎围岩、浅埋、偏压、富水、45°，断层带在隧道洞口段分布宽度为100m，且受地质构“V”形，且支护结构应力在隧道临时仰拱和两侧拱脚处相管棚注浆滑坡等不良地质条件，因此在隧道洞口段施工过程中，难造的影响，断层带围岩节理裂隙极为发育，属于软弱

8、破碎对较大，而在Y方向上隧道拱顶和仰拱处相对较大。可见，管棚注浆作为隧道洞口段施工的主要辅助措施，其一免会对原有围岩产生扰动，破坏原有的平衡状态，从而导围岩，加之隧道洞口段存在浅埋偏压情况，其施工风险较大。临空面的产生破坏了原有初始地应力的平衡状态。方面能够提高破碎围岩强度，另一方面能够改善浅埋偏压致隧道洞口段施工难度大、施工灾害多，严重威胁隧道洞下台阶开挖力学特性地形条件下的隧道力学特性。该项目中管棚采用钢花管，口段施工机械及人员的安全。施工力学特性分