山岭隧道富水破碎带围岩稳定性分析

发布时间：2020-07-10 00:54

【摘要】：我国是一个多山国家,在构建全国交通网时,具有穿山功能的隧道是不可缺少的一部分,在山岭隧道的开挖过程中,经常碰到发育良好的断层破碎带以及地下水,断层破碎带中岩体状态多为碎块状,当隧道开挖通过此处时,产生扰动,岩体中应力发生二次重分布,加上地下水的渗流作用,两者相互影响,给隧道的开挖带来了诸多困难,时常引发隧道坍塌、涌水、突泥等不良地质现象。本文以广东省揭惠高速小北山1号隧道为工程背景,采用了理论分析、现场监测及数值模拟的研究方法,进行了山岭隧道富水破碎带围岩稳定性分析。采用岩体渗流、流固耦合理论,研究地下水的渗流形式及常用的三种水力耦合模型,对地层中渗流场与应力场的耦合作用进行理论分析;运用FLAC3D分析软件,对小北山1号隧道建立三维数值分析模型;结合渗流场与应力场的耦合作用,分析不同等级围岩的初支效果以及不同开挖工法、不同注浆条件、不同倾角破碎带对围岩稳定性的影响。基于施工现场监测获取的数据及数值模拟中所提取的数据,对比分析孔隙水压力场、应力场、位移场以及数据曲线图,研究了不同条件下渗流场的分布以及围岩受到的影响;将监测数据与模拟数据对比,分析了监测结果与数值模拟结果之间的差异。研究结果表明:隧道初期支护效果与围岩等级密切相关,围岩等级越低,初期支护效果越显著。隧道开挖选择的工法影响围岩孔隙水压力场的分布、应力及位移的变化过程。超前注浆加固具有良好的阻水防渗作用,对于隧道附近孔隙水压力场影响明显,注浆区渗透系数越小、厚度越大,阻水能力越强,但效果逐渐降低,在隧道开挖过程中,要综合考虑相关因素,选用合适的注浆参数。地层中破碎带倾角对地下水的流动有导向作用,影响隧道周围围岩的应力及位移分布情况。以上研究所得结论对实际山岭隧道通过富水破碎带时的施工安排有一定参考价值。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U452.12
【图文】：

垮塌,灾害,隧道

地下空间的开发对于地球空间的利用显得愈加重要，作为地下空间的典型工程之一，隧道不仅是交通运输中必不可少的一环，其建设过程也是对地下空间的开发经验的累积。我国山岭星罗棋布，面积占国土总面积六成以上，为了建设起可以连接全国各地的交通网，山岭隧道成千上万，这是人们的生活所需。所以，隧道工程拥有重要的研究意义，其方案设计、施工方法、超前钻探、施工监测等方面都有探讨的必要性。作为人们日常生活的基础设施之一，隧道处处可见，但建设起来却困难重重，如被称为“中国最难隧道”的大柱山隧道，穿越横断山脉，由于复杂的软岩地质，频发的突泥、涌水现象，导致工期从 5 年半延长到 8 年，之后调整到 13 年，难度惊人。隧道建设情况复杂，坍塌、涌水等不良地质现象时常出现，隧道建设是一项隐蔽工程建设，在隧道前方地质情况不明，无法直接观察，尽管如今勘察手段众多，TSP、地质雷达、红外探水等超前预报方法也被普遍应用，但仍难以完全查明隧道前方的特殊地质或异常构造带，探查结果与实际情况出现差异。

涌水灾害,隧道

破碎岩体,渗流模型

图 1-3 破碎岩体渗流模型图乙一[12]对试刀山隧道进行了建模分析，采用了 CD 法施工，对整个隧道的过程进行了弹塑性计算分析，并对断面监测点围岩位移进行了研究，在定义时，使用了广义 H-B 强度准则，相较于 M-C 强度准则较更好的反映出了岩规律。宝福[13]等人以湖北谷竹高速宴家隧道为工程背景，分析了注浆加固工艺，重管无收缩双液 WSS 工法，改良土壤，增加土壤自身强度和止水效果，使QUS 软件进行模拟，施工方案采用双侧壁导坑法，模拟结果与实测结果进行肯定了二重管无收缩双液 WSS 工法的可行性。在泉[14]等人以青黄海底隧道为工程背景，利用有限元的分析方法探讨了当破碎带位置时，注浆前后围岩的稳定性，采用“荷载-结构法”得出了衬砌的，用弹性约束来模拟围岩和衬砌之间的作用，将衬砌结构设为梁单元，结果

【参考文献】