浅埋变坡地形大跨度隧道施工围岩扰动与控制研究

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隧道工程由于其修建环境的复杂性,往往面临诸多不利地形地质条件,尽管相应条件下的隧道围岩大变形控制已积累了较为丰富的工程经验,但隧道工程在施工过程中发生的围岩失稳和坍塌事故表明隧道施工安全仍存在一定的不确定性因素。因此,进一步深入研究特殊地质地带隧道施工过程中的围岩扰动以及施工控制,依然十分重要。论文依托南龙铁路改造工程葱坑隧道工程,通过分析现场测试试验数据,结合隧道施工过程中相关的地层位移规律,主要研究隧道在浅埋变坡地形条件下施工时地层位移发展的一般规律和特征。同时通过数值计算,旨在映证和进一步探究浅埋变坡地形条件下隧道施工的地层位移规律和变形机理。论文主要研究结论与成果如下:1.基于Peck经验公式和Attewell公式所阐述的地层位移规律,对葱坑隧道的现场测试试验数据整理分析表明,隧道施工过程中存在较为明显的地层位移规律,且隧道洞内的围岩的扰动与隧道施工工序存在较大关联,并在总体呈现“急剧变形→缓慢变形→趋于稳定”的位移发展“三步曲”规律。2.开展了现场测试试验与数值模型计算的对比分析。隧道开挖经过浅埋变坡地段时,变形异常增大,在隧道纵向同期累计沉降分布规律中表现为“凸出”现象,数值模型计算分析表现出的变形特征和规律与现场测试试验结果吻合较好,表明浅埋变坡地形中上覆地层是影响隧道安全施工的主要因素之一。3.通过分析大跨隧道施工围岩变形与施工控制,指出浅埋地段V级围岩大跨隧道施工时容易发生较大的竖向和水平位移,且在隧道拱部、底部以及拱脚处容易发生应力集中现象,因此建议隧道开挖过程中应及时进行隧道支护安全加固以控制隧道变形。4.初步探讨了浅埋变坡地形隧道施工过程中围岩变形机理,分析指出,隧道开挖导致上覆地层塑性范围集中于中间变坡区域,变坡区域则开始受到后方土体挤压作用,同时隧道开挖的卸荷作用在浅埋变坡段位置造成了变坡土体的应力集中,产生剪切作用,此时的中间变坡土体则会处于不稳定状态,容易出现坍塌事故。同时,隧道后续施工对上覆土层的扰动因埋深浅而继续增大,当变坡土体所发挥的抗剪强度大于其实际抗剪强度时,土体即发生失稳破坏。
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