软岩隧道的超前导洞施工位置优化数值分析

发布时间：2020-12-20 08:57

　　采用数值软件FLAC 3D建立了不同超前导洞位置工况的计算模型,计算了在不同布置形式下围岩位移、应力特征和支护结构受力响应。导洞的位置分别设置在正洞左右两侧、上下两侧以及正洞中央。对比分析了超前导洞位置对控制软岩隧道变形的有效性。结果表明超前导洞应力释放效果与导洞布设位置有关,当导洞位于正洞外侧时,若导洞与正洞距离较近会影响正洞的稳定性,需要对导洞与正洞之间的围岩进行加固。若导洞与正洞距离较远,应力释放效果不佳。因此,建议超前导洞设置在正洞中央。导洞设置在正洞断面中央对变形控制效果最佳,更利于围岩的应力释放。"边让边抗"的支护方法可以控制围岩塑性区的发展。 

【文章来源】：地下空间与工程学报. 2020年S1期 北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

超前导洞应力释放措施示意图

由于地应力高，岩体强度低，裂隙、褶曲发育，地质构造复杂，围岩赋存环境差，施工中多次出现掌子面失稳、垮塌、拱架背后持续流渣等地质灾害。开挖后拱顶沉降增长迅速，收敛时间长。沉降基本都在开挖后1个月左右才稳定，部分断面的变形在开挖后1.5个月后才趋于收敛。监测断面沉降值在500～1 000 mm。中台阶位置初期支护变形严重，最大沉降量达192 cm，最大收敛值44.2 cm。施作完成的初期支护出现严重扭曲、变形、折断等现象，喷射混凝土开裂、剥落现象严重，如图2所示。初期支护侵入二衬空间，致使多次拆换拱架，严重影响了施工安全和进度。2 数值模型和计算参数

图3给出了四种工况下正洞开挖后围岩的塑性区、主应力及其方向以及最大剪应力应力分布情况。可以看出，当导洞位于正洞外侧时，导洞与正洞之间的围岩所受的剪应力较大，因此，当导洞与正洞距离较近时，需要对该处围岩进行加固。设置导洞后围岩的主应力方向发生旋转，最大主应力有所增加，最大主应力方向主要是沿着隧道环向，最小主应力主要是沿着隧道径向。采用超前导洞进行应力释放后围岩的最小主应力有所减小，但塑性区范围并没有明显的扩大，这是因为超前导洞设计了支护结构，并不是无止境的“让压”，而是“边让边抗”，控制了塑性区的发展。总体来说，导洞设置在正洞中央时，隧道受力更加均匀。3.3 衬砌结构应力

【参考文献】：
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博士论文
[1]高地应力软岩隧道超前应力释放变形控制机理及技术研究[D]. 闫鑫.中国铁道科学研究院 2012

硕士论文
[1]高地应力软岩隧道超前导洞法施工围岩变形预释放规律研究[D]. 郭小雄.中国铁道科学研究院 2011



本文编号：2927591