论文部分内容阅读
随着西部大开发的不断发展,我国西部的丘陵与高山峡谷在大量建设高速公路的同时遇到许多高难度、长大山岭隧道,也遇到诸多复杂问题。隧道围岩失稳而塌方是隧道施工中最为常见的地质灾害之一,对隧道施工人员、设备有着极其严重的威胁。本文以汶马高速公路马尔康段王家寨1号隧道右线施工中发生的塌方事故为研究对象,以理论研究、现场监控量测及FLAC3D数值模拟分析为手段,从工程地质、水文地质、施工因素等多方面研究分析了隧道塌方事故成因。根据塌方事故形成的原因与特点确立出相应的处治方法,最后对塌方处治效果作出分析和评价。论文主要研究内容包括如下:(1)从隧道围岩破坏力学原因入手,对不同层状岩体的破坏形式及岩体稳定性进行了理论分析,并对层状岩体的滑移式破坏进行了简要的探讨。(2)通过对王家寨1号隧道现场监测量测数据分析研究,对塌方事故形成过程中围岩位移变化规律进行分析总结,可以得出:隧道在初期支护后围岩变形持续时间较长,加之地下水较发育,蠕变现象突出,特别是在初支不及时,初支结构不当以及后期加固措施不当的情况下,围岩的变形会持续增加。(3)采用有限差分软件FLAC3D对隧道典型塌方断面进行了平面数值模拟分析以及对塌方段进行了三维数值模拟分析,详细分析了模拟计算结果,通过工程地质条件、水文地质条件、支护工艺、施工方法等因素对塌方事故的成因进行了全面的探讨,结论如下:(1)通过对典型塌方断面的平面数值模拟分析得出:隧道模拟开挖与初支后,围岩体内特别是拱顶附近出现了显著的应力松弛与应力集中现象,且左右边墙上下部位区域均变成了剪切屈服状态区域,在该区域内形成了一定规模大小的剪切破坏带,仰拱左下方出现拉应力屈服状态区域,形成了小范围的拉应力破坏带,致使隧道两侧斜上方45°范围为位移最大值部位。(2)对该断面进行了渗流作用下的流固耦合分析,研究发现地下水对围岩稳定性的影响作用较为强烈,在地下作用下隧道围岩体无论是应力场还是位移场都产生了较大的异常变形,这也是由于隧道该段围岩破碎且为薄层状,在地下水的作用下蠕变现象明显,最终初期支护无法支撑这样的大变形而形成塌方。(3)通过对塌方段进行数值模拟计算得到:王家寨1号隧道掌子面的“空间效应”范围约为15m,而该隧道在施工中二衬与掌子面的距离远远大于15m,致使中间这段围岩早早失去了掌子面“空间效应”的保护,塌方段所产生的形变太长时间受地下水的流变性控制,使塌方段围岩产生大变性破坏,这种隧道施工工序的失衡是导致王家寨1号隧道产生塌方灾害的重要缘由。(4)通过对王家寨1号隧道塌方灾害具体发生原因及特点的分析研究,确定了针对本次塌方灾害的处治措施,通过现场所测拱顶沉降、水平收敛以及围岩压力数据分别进行详细的处理与分析,对本次塌方治理效果作出了合理评价,认为治理措施良好。