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原文传递层状碎裂结构隧道围岩稳定性分析及防灾对策研究——以叙大铁路核桃湾隧道为例

论文题名：	层状碎裂结构隧道围岩稳定性分析及防灾对策研究——以叙大铁路核桃湾隧道为例
关键词：	隧道围岩;稳定性分析;支护措施;数值模拟;防灾对策;铁路隧道;层状碎裂结构
摘要：	随着我国经济实力的不断增强，以铁路和公路为代表的基础设施建设逐渐向山区推进。由于地形地貌的限制，山区交通工程的桥隧比较高，建设难度较大，在隧道施工中隧道围岩稳定性是工程设计的关键问题。位于川南地区叙永至大村铁路的核桃湾隧道在施工过程中，层状碎裂结构围岩出现掌子面失稳、塌方、初衬失效等工程问题，这些问题具有发生频率高、影响范围大、致灾严重的特点，对核桃湾隧道工程的建设与安全运营带来了巨大风险。因此，分析在这类围岩结构特征中隧道开挖围岩稳定性，并且探索隧道在该类岩体中开挖的防灾对策，具有较为重要的工程意义和实用价值。　　作者在大量现场调查基础上，查明核桃湾隧道的工程地质条件，总结分析了叙大铁路全线层状岩体段内的变形破坏的主要形式和初衬结构表现出的破坏现象。针对核桃湾隧道的主要工程地质问题，通过物探手段对变形段进行探测，以及掌子面加密跟踪调查和现场试验，对围岩稳定性影响因素进行定量调查研究。总结破坏力学机制以及通过UDEC模拟隧道断面破坏过程，描述分析了围岩的破坏演化过程。结合FLAC3D数值模拟技术，对4种支护手段的支护效果进行分析，模拟了各种措施对围岩变形的控制作用。主要获得的研究成果如下: 　　(1)通过对核桃湾隧道掌子面跟踪调查，统计各类结构面的发育规模和特征情况，提出针对核桃湾隧道工程特点的结构面分级方案。总体上可分为四级，五个亚类。以核桃湾结构面分级方案为基础，结合围岩失稳发生情况与结构面统计规律发现，大塌方、大变形发生与Ⅲ、Ⅳ2结构面发育情况具有较强的关联性。并据此对核桃湾隧道进行围岩动态分级。　　(2)对叙大铁路多座层状岩体隧道变形破坏现象进行了统计和归纳，总结层状岩体中的破坏形式以及初衬结构的破坏现象，发现影响层状岩体稳定性的主要因素有:单轴抗压强度、轴线与控制性结构面的组合关系、结构面倾角、地下水。　　(3)在核桃湾隧道围岩分级基础上和围岩稳定性因素中补充考虑轴线与控制性结构面夹角和控制性结构面倾角因素，对围岩稳定性级别进行判别。　　(4)结合隧道地质环境和围岩工程特性，对隧道围岩稳定性进行了预测，判定了可能存在大变形的高风险段。结果表明DK41+174～DK41+203洞段为地下灾害的高发段。施工过程中，采用加密地质调查和超前预报技术对潜在高风险段进行了围岩稳定性判别，并通过开挖验证地质条件和预判情况基本一致，开挖后发生一定规模的失稳。　　(5)在试验的基础上对失稳围岩进行破坏机制分析，总结三大破坏机制:重力作用、压应力集中、拉应力集中。利用UDEC模拟了隧道破坏过程，分析变形段内的破坏演化过程:重力坍塌、塑性挤出、滑移压致拉裂、张裂塌落。并且发现重力塌落破坏过程相对独立，主要是因为爆破引起的表部松弛;塑性挤出阶段与滑移压致拉裂阶段几乎同时发生，并引起拱部张裂塌落。并且认为边墙处的滑移压致拉裂破坏对整个破坏过程具有控制性。　　(6)利用FLAC3D模拟分析无支护条件下变形段的变形特征，再对现行支护下的Ⅳ级Ⅰ型（仅有系统锚杆）和围岩变更后Ⅳ级Ⅱ型（拱部超前锚杆与系统锚杆）支护下的隧道开挖围岩响应特征进行分析比较，发现具有超前支护措施的围岩收敛效果更好。最后基于岩土控制变形分析法(ADECO-RS)，结合实际地质条件，设计异型超前小导管与锚固超前核心土的超前支护手段，结合Ⅳ级Ⅰ型支护措施进行模拟分析围岩变形情况。模拟该类地质情况下的开挖支护，发现对右边墙岩体进行超前预加固可有效减小围岩的预收敛值和收敛值;对掌子面前方核心土的预加固也可获得较小的围岩收敛值，表明对围岩条件差的岩体开挖，控制核心土及其隧道周边围岩的变形尤为重要。
作者：	屈鹏程
专业：	地质工程
导师：	巨能攀
授予学位：	硕士
授予学位单位：	成都理工大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文