高烈度区单线铁路隧道软岩大变形控制技术研究

发布时间：2020-07-19 01:58

【摘要】：以在建穿越特提斯-喜马拉雅断裂体系的丽香单线铁路隧道为工程依托,该区域内地质构造复杂,新构造运动强烈,活动断裂规模大,分布密集,地震活动频繁,震级大,地震破裂带长,错位量大,地震动峰值加速度0.2g,为高烈度地震区。隧道具有高烈度区隧道围岩破碎、围岩强度低、透水性强、地应力高和节理裂隙发育的破坏特征。高烈度区隧道软岩大变形初期不仅绝对量值较大,位移的速度也很快。为了能有效的控制高烈度区软岩隧道大变形问题,预防隧道施工过程中发生安全事故。本文采用现场调查、开展现场试验与数值模拟的方法,对隧道断面型式进行了优化、研究总结了高烈度区单线软弱隧道铁路稳定性的影响因素及控制技术,主要工作如下:(1)从二次衬砌安全性与初支结构受力变形的角度对原设计断面和优化设计后的3种大变形断面进行对比分析,单线铁路隧道以水平变形为主,墙腰水平收敛随着断面曲率的增大而减小。(2)从侧压力系数、围岩强度应力比、最大主应力与隧道轴线夹角的角度研究了对单线铁路软岩隧道稳定性的影响。隧道变形随着侧压力系数的增大而增大;随着围岩强度应力比的减小而增大;最大主应力应尽量与隧道轴线小角度相交。(3)在软弱围岩隧道中进行锚杆支护时,如果锚杆支护设计不当,不仅会造成时间与资金的浪费,而且还会对隧道的稳定性产生不利的影响。以大变形ⅡA型断面、侧压力系数λ=1.5建模,从锚杆的设计长度与布设位置的角度提出了单线铁路软岩隧道锚杆支护的优化方案。上台阶施作4.5 m锚杆,中台阶施作6.5 m锚杆,下台阶不施作锚杆。(4)建立三维数值模型模拟施工过程,验证台阶法施工的安全性。通过下台阶单独开挖与下台阶与仰拱一次开挖、下台阶与仰拱一次开挖上台阶、中台阶长度的不同、封闭距离相同时上台阶长度的不同、上台阶长度相同封闭距离的不同之间的对比分析,研究了单线铁路软岩隧道合理的施工方法。上台阶、中台阶长度较短情况下下台阶与仰拱一次开挖、同样的封闭距离上台阶长度比较长、封闭距离较短的台阶法施工更有利于控制隧道的变形。(5)为了验证数值模拟结果的可靠性与安全性,通过对现场资料的收集和仪器的安装,对试验段相应的断面的进行监控量测,验证数值模拟得出结论的安全性与可靠性,确保工程的安全施工。
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U452.28
【图文】：

铁道隧道,情况,隧道

等多种不良地质现象作用。目前已开工的 18 座隧道中，共有 11 座隧道出现了围岩大变形情况，较长区段出现支护侵限并拆换情况，发生大变形的隧道地段主要为炭质页岩、炭质板岩、炭质千枚岩、全强风化片理化玄武岩及凝灰岩等，层理、片理、节理等结构面多存在软弱夹层，属软岩或极软岩。实测地应力16.11~27.79 MPa，属极高地应力区。隧道开挖变形速率快、持续时间长、累计变形量大，高地应力、顺层偏压等引起软岩大变形特征明显。目前开工 18 座隧道，其中文笔山二号、黄山哨、七达里、中义、长坪、白岩子、圆宝山、万拉木、宗思等 9 座隧道自 2016 年春节后先后出现了较大变形。其中中义隧道、圆宝山隧道、宗思隧道变形情况如图 1-1 所示。

横洞,正洞,掌子面,隧道

图 2-1 中义隧道 2#横洞工区正洞掌子面地质条件程地质、水文地质特征岩性于青藏高原东南部，横跨山脉中部，与金沙江左岸相邻区。测区山体的走向大致为南北走向，地势从左到右一，位于冲江河与金沙江侵蚀台地中。地面高程达到 2 05度大，自然地横坡达到 15°～40°，并且局部有陡崖。坡植被多为松树。隧道的埋深较大，在隧道里程 DK58+9到 115 5 m。仅有修建的土质便道可以到达隧道的进出口交通状况一般。道隧区分布第四系全新统泥石流堆积（Q4sef）碎石土、崩坡堆积（Q4del）碎石土、坡残积（Q4dl+el）粉质黏土、碎（Q3gl）粉质黏土、细角砾土及碎块石土，断层角砾（F（T1l）砂岩夹页岩（90 m），三叠系下统（Tβ）片理化

断面图,复合式衬砌,断面图,围岩

图 2-2 Ⅴ级围岩复合式衬砌断面图单线铁路隧道采用Ⅴ级围岩复合式衬砌断面，各标段隧道发。大变形段宜采用增大边墙曲率的优化断面型式，具体断面内容。隧道变形特征量大路隧道 20 座已全部开工，其中文笔山二号、黄山哨、七达里、子、圆宝山、万拉木、宗思等 9 座隧道自 2016 年春节后先后截止 2016 年 5 月专家会，正洞变形较大段落长度累计达 1 44 cm，侵限比例 44%），辅助坑道变形较大段落长度累计达 70道 2#横洞，2016 年 4 月初从 DK41+520 至掌子面 DK41+685空，最大收敛变形值达到 510.9 mm，一直采取加固换拱的措

【参考文献】