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原文传递隧道穿越断层围岩大变形及其控制技术研究

论文题名：	隧道穿越断层围岩大变形及其控制技术研究
关键词：	隧道施工;破碎岩体;灾变特性;变形控制
摘要：	在建的雅康高速公路前碉3＃隧道，洞身岩体含有两组极其发育的构造节理且把局部岩层切割成块状，导致洞顶围岩及隧道右洞壁围岩的岩块稳定性较差，出现掉块和滑脱现象。因此，在如此岩体中进行隧道施工，其围岩应力、变形及其破坏模式将会非常复杂，一旦施工方法或工序不合理，则可能发生隧道塌方甚至造成重大工程事故。为此，本文以隧道穿越断层围岩大变形的前碉3＃隧道工程中出现的重大难点问题为背景，综合运用文献研究、理论分析、数值模拟和现场实测等方法对隧道穿越破碎岩体及断层的施工力学行为、过断层带-正常带交界面灾变模式及其控制技术进行深入分析研究，主要研究工作和成果如下: 　　1、运用文献综述等方法，结合雅康高速公路前碉3＃隧道工程实际，对岩体破碎且有断层切割的不良地质条件进行了分析，研究了破碎岩体隧道施工的开挖工法。　　2、运用理论分析和数值模拟手段对隧道穿越破碎岩体采用环形预留核心土法、台阶法、全断面法等3种开挖方法进行研究，结果表明:3种工法最大水平位移依次为11.97cm、9.33cm、37.20cm，可以看出台阶法水平位移最小，与环形预留核心土法较接近;3种工法竖直位移的最大沉降依次为30.32cm、37.98cm、59.94cm，而向上隆起最大值分别为23.67cm、25.30cm、31.68cm。很明显，环形预留核心土法最大沉降与隆起值均最小，台阶法与环形预留核心土法在不考虑涌水等不利作用下时各有利弊。就围岩变形而言，环形预留核心土法整体略优，但是台阶法施工进度快。　　3、采用运用粒子流方法对隧道穿越大断层施工进行计算，当完整岩体—破碎岩体分界面逐渐从隧道中心向上升至隧道右拱肩一定距离时，隧道整体变形及其衬砌的变形具有较为特殊的破坏特征。在半完整—半破碎岩体中，隧道的变形较大，大变形部位主要在破碎带附近，且完整岩体由于受到破碎岩体挤压作用，也会出现较大变形。　　4、研究发现，隧道在半完整—半破碎岩体中的灾变模式随着分界面的相对位置变化而变化，主要破坏规律有以下3种情况: 　　(1)楔形体挤压破坏　　从分界面通过近似圆心至分界面与隧道轮廓相切的过程中，完整岩体中逐渐形成楔形体，隧道右侧受到破碎岩体挤压，造成楔形体中应力集中程度逐渐增加，使完整岩体更容易出现失稳，导致上覆破碎岩体容易出现整体垮塌，此过程中衬砌结构受到破碎岩体的挤压作用，容易出现局部开裂甚至掉块，容易导致隧道整体失稳破坏。　　(2)楔形体尖端断裂　　在隧道轮廓与近似分界面相切情况下，完整岩体中形成的楔形体最为“尖锐”，在破碎岩体挤压作用下极易出现断裂，导致楔形体尖端和附近破碎岩体整体垮塌。此灾变模式是隧道面临的最为不利的情况，在施工中应当密切注意，采取科学合理的手段进行加固。　　(3)岩桥断裂　　在分界面逐渐远离隧道轮廓时，完整岩体中形成了岩桥，当岩桥较薄时，在施工中爆破振动等影响下容易出现断裂，出现和第二种模式中类似的灾变模式因此也需要密切注意，合理加固。　　5、依据隧道的破碎稳定性分析结果以及过断层带隧道围岩的灾变特性与潜在灾变模式，结合隧道围岩大变形及其施工实测数据以及对长且异形斜切断层、涌水和破碎围岩等复杂地质的围岩大变形深入分析，提出了对破碎围岩岩体隧道大变形采用增加临时支撑并结合注浆小导管进行加强支护，增设套拱并及时施做超前小导管的隧道破碎围岩大变形控制方法和参数，能够有效控制围岩变形，可为现场施工提供可靠参考。
作者：	何武
专业：	建筑与土木工程
导师：	汪波;王均荣
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文