渗流作用下第三系半成岩地层弱胶结砾岩隧道掌子面稳定性研究

发布时间：2020-03-23 10:22

【摘要】：随着工程建设规模和地域的不断扩大,越来越多的铁路隧道开始在第三系半成岩高水压地层中建设。第三系地层尤其是弱胶结砾岩具有成岩度比较低、遇水易软化等问题,容易引起隧道在开挖过程中的塌方、大变形、涌水等现象。这些特殊工程问题,引起了工程界的关注,也对铁路隧道建设者提出了严峻挑战。由于目前对第三系半成岩地层工程性质的认识还十分有限,对此类地层中隧道施工的关键技术问题尚未形成系统可靠的工程对策,因此,为了保证隧道的施工安全,对第三系半成岩地层中隧道变形与稳定性开展系统研究很有必要。本文对第三系半成岩地层弱胶结砾岩隧道掌子面的稳定性进行系统研究。通过现场采样与室内试验获得砾岩的物理力学参数,然后采用数值模拟的方法分析掌子面开挖后地下水渗流引起的围岩强度劣化对隧道掌子面稳定性的影响。提出判断掌子面稳定性的依据,并对掌子面的稳定性进行定量分析,为今后类似条件下的隧道建设提供参考。结论如下:(1)通过现场采样和室内试验,得出掌子面围岩强度在渗流作用下的劣化规律:隧道掌子面附近第三系弱胶结砾岩在开挖后,其力学指标c和tanφ随着渗流时间的增加而降低。(2)通过数值计算得出隧道开挖不能维持稳定。同时通过计算开挖后不同渗流时间下隧道的安全系数,得出地下水渗流导致的弱胶结砾岩强度劣化对隧道掌子面稳定性的影响显著。(3)通过分析不同渗流时间下隧道开挖后的位移场和塑性区,得出隧道开挖后的失稳表现为掌子面的挤出变形过大,故在施工过程中要注意监测掌子面上的位移变化。(4)通过计算饱和状态条件和渗流3天条件下隧道使用三台阶预留核心土法开挖的过程中各个开挖步的安全系数并进行对比,得出各个开挖步开挖后渗流3天时的安全系数均比刚开挖后的安全系数降低0.1左右。隧道在上台阶开挖时的安全系数最小,其次为中台阶和下台阶开挖时的安全系数,而在核心土开挖时安全系数最大。
【图文】：

示意图,中条山,隧道,纵断面

一开循开下。逡逑根据上述研究内容，，制定如图１－１所示的研究技术路线。逡逑１．４中条山隧道工程背景逡逑１．４．１中条山隧道工程概况逡逑新建蒙华铁路中条山隧道位于山西运城市，穿过中条山分水岭，双洞单线，逡逑单洞总长约１６．８ｋｍ，其中出口段埋深１２０ｍ？２００ｍ，有长约３ｋｍ通过第三系地层，逡逑该地层为中条山南麓洪积扇的一部分，主要岩性为泥岩、砾岩、砂岩等，成岩程逡逑度低，工程性质特殊，该区又含高出隧道约１７０ｍ的承压水，可以预见，该段隧道逡逑建设是蒙华铁路工程的最大难点、重点，对蒙华铁路全线工程建设起控制作用。逡逑本文以隧道左线的弱胶结砾岩段进行分析，隧道左线的纵断面图见图１－１，取逡逑左线隧道里程为ＤＫ６２９＋９５０？ＤＫ６３０＋３５０段建立数值模型进行分析，如图１－２。逡逑ＤＫ６１５＋０６５＊＋

水系分布,水文区,水系分布,区域

逡逑■１逡逑图１－３中条山测区地貌特征逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｇｅｏｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌ邋ｆｅａｔｕｒｅｓ邋ｏｆ邋Ｚｈｏｎｇｔｉａｏｓｈａｎ邋ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ邋ａｒｅａ逡逑１．４．３水文特征逡逑中条山隧道所在的区域属于黄河流域。该区域以中条山为分水岭，以北为运逡逑城盆地南缘的山前区域，该区域最大的河流为姚进渠，湖泊为盐湖和硝池；以南逡逑至黄河阶地区，有两条汇入黄河的流域面积大于１００ｋｍ２的河流。由于该区域的地逡逑质条件较为复杂、纵坡较大且区域内沟壑纵横，所以流入黄河的大涧河较多。区逡逑域内的河流水系情况如图１－４。逦逡逑图１－４区域水系分布及水文区划图逡逑Ｆｉｇ．邋
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U451

【参考文献】