CAJ | 학술논문

为研究不同施工工法和工艺组合条件下超大断面隧道穿越软弱破碎地层的围岩稳定性问题,以兰渝线两水隧道为背景,开展铁路双线隧道在软弱破碎地层中超大断面开挖的大比尺三维模型试验,真实再现台阶法支护开挖、台阶法和全断面毛洞施工的全过程.首先,基于现场较为破碎的千枚岩岩样基本力学参数室内试验结果,以松香、铁晶粉以及聚四氟乙烯棒等材料为原料,研制兼具低强度和弱黏结特性的软弱破碎围岩相似材料和初喷混凝土、锚杆等支护结构的相似材料,在最新研制的可实现三面均匀同步加载的大型三维地质力学模型试验台架上模拟隧道台阶法支护、全断面支护和全断面无支护施工的全过程,并采用光纤光栅传感器、电阻式应变计、多点位移计以及微型压力盒全程监测洞壁及其整数倍(0～3倍)洞径范围内围岩的应力、位移以及近区荷载的变化信息,分析不同施工过程中隧道围岩受力和变形的三维空间演化规律.研究结果表明:(1)软弱破碎低强度和流变特性使围岩变形具有更强的时空效应,同时存在掌子面挤出变形、先行位移和后方位移3个时空演化过程；(2)软弱破碎围岩变形的三维扰动深度一般在3倍洞径内,台阶法支护开挖扰动范围最小,全断面支护开挖次之,但后续长距离推进极易诱发围岩坍塌;(3)台阶法较大断面开挖有利于控制收敛变形,减少10％～25％,沉降变形则相差不大,上台阶开挖过程是拱部围岩垂向荷载的急剧释放期,下台阶开挖是边墙围岩水平荷载的急剧释放期；(4)台阶法支护开挖掌子面前方岩体扰动范围为0.5～1.0倍洞径,多属荷载集聚区,是软弱破碎围岩稳定加固的重点区域和最小边界范围；(5)隧道断面围岩整体荷载释放过程存在3个典型变化阶段,即掌子面附近荷载集聚区、前方荷载弱集聚区和掌子面后方荷载释放区,及时施作支护可有效减弱掌子面前方围岩荷载的集聚程度和荷载峰值,使荷载峰值出现的位置滞后,有利于掌子面及其附近围岩的整体稳定. 為研究不同施工工法和工藝組閤條件下超大斷麵隧道穿越軟弱破碎地層的圍巖穩定性問題,以蘭渝線兩水隧道為揹景,開展鐵路雙線隧道在軟弱破碎地層中超大斷麵開挖的大比呎三維模型試驗,真實再現檯階法支護開挖、檯階法和全斷麵毛洞施工的全過程.首先,基于現場較為破碎的韆枚巖巖樣基本力學參數室內試驗結果,以鬆香、鐵晶粉以及聚四氟乙烯棒等材料為原料,研製兼具低彊度和弱黏結特性的軟弱破碎圍巖相似材料和初噴混凝土、錨桿等支護結構的相似材料,在最新研製的可實現三麵均勻同步加載的大型三維地質力學模型試驗檯架上模擬隧道檯階法支護、全斷麵支護和全斷麵無支護施工的全過程,併採用光纖光柵傳感器、電阻式應變計、多點位移計以及微型壓力盒全程鑑測洞壁及其整數倍(0～3倍)洞徑範圍內圍巖的應力、位移以及近區荷載的變化信息,分析不同施工過程中隧道圍巖受力和變形的三維空間縯化規律.研究結果錶明:(1)軟弱破碎低彊度和流變特性使圍巖變形具有更彊的時空效應,同時存在掌子麵擠齣變形、先行位移和後方位移3箇時空縯化過程；(2)軟弱破碎圍巖變形的三維擾動深度一般在3倍洞徑內,檯階法支護開挖擾動範圍最小,全斷麵支護開挖次之,但後續長距離推進極易誘髮圍巖坍塌;(3)檯階法較大斷麵開挖有利于控製收斂變形,減少10％～25％,沉降變形則相差不大,上檯階開挖過程是拱部圍巖垂嚮荷載的急劇釋放期,下檯階開挖是邊牆圍巖水平荷載的急劇釋放期；(4)檯階法支護開挖掌子麵前方巖體擾動範圍為0.5～1.0倍洞徑,多屬荷載集聚區,是軟弱破碎圍巖穩定加固的重點區域和最小邊界範圍；(5)隧道斷麵圍巖整體荷載釋放過程存在3箇典型變化階段,即掌子麵附近荷載集聚區、前方荷載弱集聚區和掌子麵後方荷載釋放區,及時施作支護可有效減弱掌子麵前方圍巖荷載的集聚程度和荷載峰值,使荷載峰值齣現的位置滯後,有利于掌子麵及其附近圍巖的整體穩定.
위연구불동시공공법화공예조합조건하초대단면수도천월연약파쇄지층적위암은정성문제,이란투선량수수도위배경,개전철로쌍선수도재연약파쇄지층중초대단면개알적대비척삼유모형시험,진실재현태계법지호개알、태계법화전단면모동시공적전과정.수선,기우현장교위파쇄적천매암암양기본역학삼수실내시험결과,이송향、철정분이급취사불을희봉등재료위원료,연제겸구저강도화약점결특성적연약파쇄위암상사재료화초분혼응토、묘간등지호결구적상사재료,재최신연제적가실현삼면균균동보가재적대형삼유지질역학모형시험태가상모의수도태계법지호、전단면지호화전단면무지호시공적전과정,병채용광섬광책전감기、전조식응변계、다점위이계이급미형압력합전정감측동벽급기정수배(0～3배)동경범위내위암적응력、위이이급근구하재적변화신식,분석불동시공과정중수도위암수력화변형적삼유공간연화규률.연구결과표명:(1)연약파쇄저강도화류변특성사위암변형구유경강적시공효응,동시존재장자면제출변형、선행위이화후방위이3개시공연화과정；(2)연약파쇄위암변형적삼유우동심도일반재3배동경내,태계법지호개알우동범위최소,전단면지호개알차지,단후속장거리추진겁역유발위암담탑;(3)태계법교대단면개알유리우공제수렴변형,감소10％～25％,침강변형칙상차불대,상태계개알과정시공부위암수향하재적급극석방기,하태계개알시변장위암수평하재적급극석방기；(4)태계법지호개알장자면전방암체우동범위위0.5～1.0배동경,다속하재집취구,시연약파쇄위암은정가고적중점구역화최소변계범위；(5)수도단면위암정체하재석방과정존재3개전형변화계단,즉장자면부근하재집취구、전방하재약집취구화장자면후방하재석방구,급시시작지호가유효감약장자면전방위암하재적집취정도화하재봉치,사하재봉치출현적위치체후,유리우장자면급기부근위암적정체은정.