论文部分内容阅读
随着我国公路交通的迅猛发展,在中西部多山地区地质条件复杂,在隧道的建设过程中经常要穿越地质条件差的地层,泥质页岩地层就是其中一种。由于泥质页岩遇水软化等特性,使得隧道在施工过程中经常发生大变形、塌方,严重威胁着工作人员的生命安全,带来经济损失。泥质页岩隧道设计与施工是目前的一道难题,因此,有必要结合工程实际对泥质页岩隧道开挖与支护过程中围岩遇水软化情况进行系统研究。本文依托在建的宜昌陆城至渔洋关一级公路延伸段新建工程簸箕山隧道,根据现场实际采取的设计和施工方法,结合理论研究、现场实验和数值模拟的研究方法和思路,对该隧道围岩和支护结构进行了系列研究。通过对现场实时监测的变形数据进行分析,结合隧道地质勘探结果,得出该地层泥质页岩在遇水软化前后各项力学参数的变化情况,围岩在遇水软化后,弹性模量和粘聚力都降低,泊松比增大,内摩擦角减小,围岩抵抗变形的能力减弱;泥质页岩隧道变形大,ZK55+590断面上台阶周边收敛61.05mm,下台阶周边收敛3.50mm,拱顶沉降37mm,围岩遇水软化后,隧道变形更大,ZK55+610断面上台阶周边收敛287.60mm,下台阶周边收敛18.30mm,拱顶沉降226.85mm。变形速率随着围岩的软化逐渐增大,后随着围岩应力的释放又逐渐减小。通过对现场情况的数值模拟分析,围岩在没有遇水软化的计算结果与实测结果基本相符,围岩遇水软化后的计算结果相对略小于实测结果。得出了在不同时期围岩遇水软化各分步开挖阶段围岩的位移、应力场变化规律,支护衬砌结构的变形、应力分布及内力分布情况。围岩遇水软化后,由于隧道的变形,锚杆与围岩发生相对滑动,锚杆嵌入隧道围岩,隧道变形大的部位也是锚杆受力大的部位,同时该部位锚杆与围岩的相对滑动也最大,数值模拟结果与现场锚杆滑移的实际情况相符。隧道下台阶一次性开挖后施作的锚杆受力左右成对称分布,下台阶左右分步开挖施作的锚杆受力成不对称分布,后面施作的锚杆受力小于前面施作的锚杆受力,可以考虑折减最后施作锚杆的力学效应。通过研究发现,隧道围岩遇水软化后初期支护发生整体下沉,沉降量由拱脚向拱肩逐渐增大,拱顶沉降相对小于拱肩沉降;通过对不同阶段隧道围岩遇水软化下二次衬砌和仰拱的受力分析,发现在围岩软化的情况下进行隧道的开挖时,下台阶一次性开挖、仰拱一次性施作对隧道的安全性和稳定性方面都有提高,并得出不同阶段隧道围岩遇水软化隧道在后期运营阶段均处于安全状态。