引汉济渭秦岭隧洞岭北TBM施工段围岩收敛监测与支护时机研究

发布时间：2020-05-08 05:56

【摘要】：引汉济渭秦岭输水隧洞穿越秦岭造山带,因超长而跨越主要构造单元,因埋深大而面临高地应力条件,加之秦岭造山带的多期造山运动过程,因此隧洞工程地质环境复杂多变,岭北TBM施工段属于千枚岩段,总长度16.59km,根据工程经验预计会发生围岩大变形。从整体上把握隧洞地质环境特征,对围岩进行收敛和围岩压力监测,分析其规律性,对围岩支护方式和时机选择具有重要意义。论文具有明显的工程应用价值。(1)梳理了围岩隧洞大变形机理和支护方式研究,秦岭造山带已建隧洞工程地质和围岩特性研究的主要成果。围岩大变形的成因主要来自围岩自承能力不足或膨胀岩石，刚柔联合支护是其主要支护方式,岭北TBM施工段围岩工程特性是围岩收敛和围岩压力表现的内在原因,传统的工程地质分析方法解释围岩工程特性难度较大,需要发展新的工程地质分析思路。(2)首次将以板块构造为核心的秦岭造山带理论研究成果应用于秦岭隧洞围岩地质环境研究中。考虑了隧洞围岩宏观构造特征、细观组构特征、变质程度的划分、是否发育流动构造等因素,在构造层次理论基础上,将隧洞围岩划分为8个区段,从根本上把握了隧洞的工程地质条件。岭北TBM施工段围岩基本特性是:属于中层次构造,埋深大,属于高应力区。千枚岩面理与隧洞走向垂直或大角度相交,有利于围岩稳定。千枚岩强度大,不易发生围岩大变形。局部节理发育带或涌水带围岩稳定性差,需加强支护或预支护。(3)选取若干典型断面进行围岩收敛和围岩压力监测,并恢复收敛损失。得到全收敛值。5号支洞最大水平收敛和拱顶相对沉降值分别为33.84mm和19.68mm。左右拱腰和拱顶压力监测最大值为0.31MPa、0.53MPa和0.43MPa.TBM主润k56+926.5处最大水平收敛和拱顶相对沉降值为53.68mm和6.09mm:TBM主洞k56+963.62处,最大水平收敛和拱顶沉降值为60.01mm和6.28mm。与《喷射混凝土技术规范》(GB50086-2001)的相对位移比较,围岩均处于稳定状态。采用工程类比法,判定监测段均未发生大变形。围岩未发生大变形的原因是:岩石属于较硬岩或坚硬岩,岩体相对完整,粒状矿物含量多,高应力下围岩发生弯折破坏,沿结构面未发生滑移。(4)岭北TBM施工段围岩破坏方式主要是拱顶脆性弯折破坏,主要位于本段南部隧洞。表现为TBM掘进后洞壁拱顶附近20～50cm厚度范围内围岩破碎,出现拱顶部位的围岩弯折内鼓破坏现象,掉块现象严重。分析其成因,认为是高地应力引起的拱顶附近因岩石抗拉强度不足发生的弯折破坏现象。因碎块体积小,数量多,建议采用钢筋排结合钢拱架支护技术,效果很好。本文提出了以板块构造为核心的秦岭造山带理论研究成果在秦岭隧洞围岩工程特性应用的具体实施方法,即通过一级决定因素和二级决定因素,层层逼近围岩工程特性的研究尺度,完成了大尺度、小比例尺、精度低的造山带理论研究成果向工程应用尺度的转化,具有创新性。
【图文】：

目前我国修筑的隧洞工程会因复杂的地质环境和便利交通的要求而变得越长越大，如今从常见的百米埋深隧洞，已经发展到越来越多埋深至上千米的隧洞，许多体现在与矿产资源开采和地下能源开发相关的工程中。随着隧洞不断增加开挖深度，相应的工程灾害也日趋增加，这将对深埋隧洞的稳定性产生巨大的威胁，比如常出现软岩大变形、软岩流变、突涌水、高岩温、高地应力岩爆等问题。因此，深埋隧洞在开挖过程中所产生的工程地质问题越来越被国内外专家所研究重视。国内外在修建的许多隧洞中，一部分可能面临软弱围岩环境。当在此类工程地质环境中施工时，特别对于埋深很大的隧洞会经常遇到围岩大变形工程问题。如在建成惠那山隧洞（埋深约 400m，日本）中，当隧洞开挖后，由于围岩软弱围岩顶部沉降量达到 43-94cm。已建成的木寨岭公路隧道（埋深约 120m，中国甘肃），围岩环境属于碳质板岩混合泥岩，隧道在施工时，顶部沉降量严重区域已经达到 155cm，见图 1-1。对于具有典型工程意义的乌鞘岭铁路隧道【1-2】（中国兰武二线），由于岩性软弱，在地应力较高段进行施工时，监测出高达 105cm 的隧洞顶部沉降，见图 1-2。软岩大变形是一种危害性比较大的工程地质问题，它容易给施工带来诸多不便、损伤工程设备、增加项目成本、造成工期耽搁等诸多问题，因此对软岩隧洞大变形预测及控制课题的研究应刻不容缓。

目前我国修筑的隧洞工程会因复杂的地质环境和便利交通的要求而变得越长越大，如今从常见的百米埋深隧洞，已经发展到越来越多埋深至上千米的隧洞，许多体现在与矿产资源开采和地下能源开发相关的工程中。随着隧洞不断增加开挖深度，相应的工程灾害也日趋增加，这将对深埋隧洞的稳定性产生巨大的威胁，比如常出现软岩大变形、软岩流变、突涌水、高岩温、高地应力岩爆等问题。因此，深埋隧洞在开挖过程中所产生的工程地质问题越来越被国内外专家所研究重视。国内外在修建的许多隧洞中，一部分可能面临软弱围岩环境。当在此类工程地质环境中施工时，特别对于埋深很大的隧洞会经常遇到围岩大变形工程问题。如在建成惠那山隧洞（埋深约 400m，日本）中，当隧洞开挖后，由于围岩软弱围岩顶部沉降量达到 43-94cm。已建成的木寨岭公路隧道（埋深约 120m，中国甘肃），围岩环境属于碳质板岩混合泥岩，隧道在施工时，顶部沉降量严重区域已经达到 155cm，，见图 1-1。对于具有典型工程意义的乌鞘岭铁路隧道【1-2】（中国兰武二线），由于岩性软弱，在地应力较高段进行施工时，监测出高达 105cm 的隧洞顶部沉降，见图 1-2。软岩大变形是一种危害性比较大的工程地质问题，它容易给施工带来诸多不便、损伤工程设备、增加项目成本、造成工期耽搁等诸多问题，因此对软岩隧洞大变形预测及控制课题的研究应刻不容缓。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV554

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本文编号：2654232