公路隧道穿越断层破碎带仿真分析.pdf

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1、总第262期交通科技SerialNo．2622014年第1期TransportationScience8LTechnologyNo．1Feb．2O14公路隧道穿越断层破碎带仿真分析毕旭冰吴孝清刘胜春。(1．南阳市公路管理局南阳473000；2．武汉理工大学理学院武汉430070；3．北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室北京100044)摘要山岭隧道开挖经常遇到断层破碎带，开挖支护施工难度大，容易出现事故，是隧道施工的薄弱环节。文中结合史家山2号隧道，根据其地质特征，运用FLAC3D软件建立数值模型，对比了有无断层破碎带和不同工法下的穿越断层破碎带的工况，提

2、出了断层破碎带的影响程度和适合的施工方案。关键词断层破碎带FLAC3D围岩稳定性断层及其破碎带是隧道开挖过程中常见的不等都不同程度地影响隧道结构，导致其变形破坏。良地质现象，是因地壳变动使地层岩体沿破裂面从以上分析可知，断层破碎带对围岩稳定性影响发生明显位移或较大错动的断裂构造。它的分布较大，作用机理较复杂，需提前对断层破碎带区域区段是隧道围岩不稳定的区段之一_】]。在多数情的地质、工程、应力、水环境等对隧道开挖洞周围况下，断层破碎带是作为一个低强度、易变形、透岩的影响规律进行系统研究以及提早制定相应的水性大、抗水性差的软弱带存在的，与其两侧岩体隧道失稳防治对

3、策。在物理力学特性上具有显著的差异L2]。隧道在穿2史家山隧道断层破碎带稳定性分析越破碎带时，经常发生岩体沿软弱结构面滑动、坍塌或涌水现象，这是事故多发的险要地段。它不2．1史家山工程概况仅破坏了隧道的稳定性，而且直接影响了开挖速史家山2号隧道为分离式右幅，起讫桩号为度。因此隧道在穿越该地段时，除遵守一般技术K4+007～K5+002，全长995m。隧道位于丹城要求外，还应采取针对性较强的辅助方法。西部，大致沿东西向展布，横穿山丘，山顶最大高程约249．68in，隧道最大埋深约212m，设计为1断层破碎带对隧道围岩稳定性的影响单向双车道隧道(起点范围路段为小净

4、距隧道)。隧道周围的岩体强度由于断层破碎带等结构受已建史家山隧道地形等控制节点的限制，隧道面的存在而大为降低，其主要原因为软弱结构面戴港端为曲线隧道，隧道纵坡较大，已建的史家山的存在破坏了岩体的完整性、降低了岩体的整体隧道全长921m，隧道净宽1O．25m，为直墙式单强度；而结构弱面的特征决定了其抗滑阻力的大向双车道隧道，洞内路面横坡为2％双向横坡，洞小，并在一定意义上决定着隧道整体的稳定性。门均为城墙式洞门。待本项目建成后，2隧道构隧道穿越断层，尤其是破碎带的断层，开挖难度较成上下行分离式双向行驶隧道。大。破碎带规模一般宽度较大，它包括破碎带自2．2工程水文

5、地质概况身的宽度以及一个比破碎带自身的宽度大得多的隧道区地形高差大，地表径流条件良好，地下影响带。此外，由于破碎带伴有显著的黏土化和水补给条件差，富水性、透水性相对较弱，总体来涌水，突破它时可能喷出大量涌水和土砂，造成围说，隧道区地下水类型主要为第四纪松散岩类孔岩失稳及支护变形破坏。隙水、基岩裂隙水和构造裂隙水，水量较贫乏，水断层对隧道稳定性的影响与断层规模、断层文地质条件较简单。线路调查过程中表明地表覆本身的特点及组合情况有关。断层的性质、产状，盖层厚度较大，未发现断裂构造带露头。根据工断层两侧地层的岩性、岩体质量、断面形态、断层程地质勘察报告资料显示，线路

6、测区范围内(线路破碎带的宽度、层泥存在与否以及断层的导水性左右5001TI范围)存在的断裂构造带共有5条，隧道通过F4及F5，2条断裂构造带间隔较近，岩体收稿日期：2013-10一O4破碎，呈碎块～镶嵌碎裂结构，自稳能力较差，易2014年第1期毕旭冰等：公路隧道穿越断层破碎带仿真分析键断面的拱顶沉降为21．8mm，拱底最大隆起位通过对比不考虑断层破碎带下全断面开挖、移为11．3mm。对比不考虑断层破碎带的结果考虑断层破碎带全断面开挖和考虑断层破碎带台可以看出，拱顶沉降是不考虑断层破碎带的3．57阶法开挖，可以看出断层的存在影响了围岩的整倍，由于断层破碎带的存在

7、，影响了围岩的整体稳体性，造成围岩质量的降低；从拱顶沉降可以看定性。在工程上，断层的存在导致岩体破碎，质量出，断层破碎带的存在使拱顶变形增加了3．57差，易失稳，剥落面积及深度大，隧道在此影响下倍。而如果采用台阶法开挖可以减小断层破碎带产生较大变形。的影响，相比断层破碎带全断面开挖的情况，拱顶3．3有断层破碎带台阶法开挖的数值计算及分析有断层破碎带台阶法开挖的计算结果见图沉降可以减少329／6。因此史家山2号隧道在穿4，此处采用上台阶法Hj。越F4和F5断层破碎带时，宜采用台阶法开挖。4结语本文就断层破碎带对隧道稳定性的影响机理进行了探讨。针对史家山2号隧道地

8、质情况，通过数值分析，对比了无断层破碎