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黄土覆盖土岩接触带复杂围岩隧道成洞技术研究

牛洪涛  
【摘要】: 随着西部交通基础设施建设的发展,工程中遇到了越来越多的黄土覆盖下的山体隧道。隧道开挖施工时必然面临穿越土岩接触带特殊地层的问题。开展这种特殊地层条件下成洞施工技术的研究具有重要的理论与工程实际意义。 本文针对黄土覆盖土岩接触带特殊地层条件下的隧道成洞技术问题,利用有限差分软件FLAC3D开展了不同开挖条件下的三维建模数值计算分析。一是模拟上下台阶开挖施工条件下,分析了土岩接触带围岩的破坏特征,预测了土岩接触带附近围岩塌方区的范围及大小;二是在上下台阶开挖时土岩接触带附近围岩破坏特征认识的基础上,进一步分析了环形开挖留核心土法、中隔壁(CD)法及交叉中隔壁(CRD)法三种开挖方法,从土岩接触面剪切位移变化、接触带附近土体滑动位移变化和塑性区及初期支护内力变化三个方面,论证了它们的有效性。取得了如下认识: 1)上下台阶开挖时,掌子面距土岩接触带越近,土体相对于下覆岩体的位移越大,当掌子面通过土岩接触带时其最大值达0.4975米;土岩接触带附近土侧围岩出现了较大范围的塑性区;初期支护出现拉应力过大超过规范规定取值的情况,随着初期支护结构的破坏,洞顶上方会出现倒置半茶壶状的塌方区。 2)针对上下台阶开挖时土岩接触带上方120°范围内围岩发生塌方的工程问题,建议采取塌方范围内小导管注浆超前支护的环形开挖留核心土法、中隔壁(CD)法及交叉中隔壁(CRD)法,它们均可以有效控制土岩接触带可能出现的洞顶塌方破坏。 3)通过三种增强支护开挖方法比较,交叉中隔壁(CRD)法在开挖过程中由于一道竖向临时支撑两道横向临时支撑的作用把隧道整个断面分成六个小的工作区间,其控制洞顶围岩相对滑移的效果最好,中隔壁(CD)法由于一道竖向临时支撑的作用把隧道整个断面分成两个小的工作区间,其治理效果次之,环形开挖留核心土法治理效果最差。但从经济效率层面上讲,环形开挖留核心土法最经济,中隔壁(CD)法次之,交叉中隔壁(CRD)法最不经济。


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