高风险铁路隧道断层破碎带动态施工模拟

发布时间：2020-05-12 21:27

【摘要】：断层破碎带作为隧道施工常见的工程地质条件之一,岩体破碎,围岩自稳能力差,且由于设计资料预测里程位置不准或设计支护效果不佳,易发生围岩大变形、隧道结构破坏乃至坍塌等灾害,极大提高了隧道施工风险。改建成昆铁路邓家湾隧道为典型的高风险铁路隧道,该隧道埋深大、开挖跨度大,且线路经过多条断层破碎带,施工难度大,施工工艺复杂。本文在中铁二十一局科技研究开发计划项目(19C-4)资助下,基于TSP法能够准确识别断层破碎带及FLAC~(3D)在岩土工程模拟领域的独特优势,结合超前地质预报和数值模拟,研究隧道穿越垭口村断层破碎带前后围岩的施工过程,分析不同开挖进尺及开挖支护方式下围岩位移、初期支护位移及塑性区分布规律,对隧道安全快速穿过该断层破碎带的施工参数提出了建议。主要得出以下结论:(1)采用TSP超前地质预报法对垭口村断层位置进行了探测,探测结果与DK381+454处开挖揭露的地质情况相吻合,并基于TSP提取了岩体物理力学计算参数。(2)断层破碎带前方隧道三台阶施工数值模拟表明:围岩变形随开挖进尺的增大而增大;但在断层破碎带边界处,纵向水平位移反而是2.4m进尺条件下达到最小值。说明开挖扰动次数相对于开挖进尺对破碎带围岩变形影响更大,因此建议断层破碎带前方隧道开挖进尺不宜太小。(3)隧道开挖对断层破碎带岩体变形的数值模拟表明,无超前支护条件下,断层破碎带边界前方3.0m处围岩变形出现拐点,因此超前注浆支护距离可选3.0m。注浆掌子面距断层破碎带安全距离1.0m。(4)按照安全掌子面距离1.0m,断层破碎带超前支护范围3.0m的支护参数进行施工模拟,结果表明拱顶+掌子面注浆的超前支护方式极大提高了破碎带围岩稳定性。(5)断层破碎带三台阶施工数值模拟表明:破碎带围岩竖向及水平位移并不是随着开挖进尺的增大而增大;当进尺为1.0m时,围岩变形最小,而进尺为0.8m时,围岩变形最大。说明开挖扰动次数也是影响断层破碎带围岩变形的重要因素,因此,本隧道断层破碎带范围内开挖进尺建议选择1.0m。
【图文】：

技术路线图

图 2-1 研究区位置湾隧道全长约 9390m，进口里程 D2K372+305，出口里程 D道，进口接段路基，出口紧邻孙水河双线特大桥，另喜德西。线路 2.5‰/575m、11.1‰/778m、11.9‰/8897m 的单面下
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U455.4

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本文编号：2660863