穿煤系地層大跨度隧道圍巖穩(wěn)定性研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著我國(guó)高等級(jí)公路的發(fā)展，公路隧道的建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大，這些隧道，在降低交通事故發(fā)生率、縮短行車(chē)距離、提高車(chē)速、保護(hù)環(huán)境諸方面發(fā)揮了積極作用，取得良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，但隨著大量大跨度穿煤隧道的修建，凸現(xiàn)出當(dāng)前國(guó)內(nèi)和國(guó)外在理論和實(shí)驗(yàn)研究之間的差距，有關(guān)大跨度穿煤隧道的圍巖穩(wěn)定性分析判據(jù)及理論還存在諸多不足和亟待研究之處。 本文針對(duì)目前對(duì)大跨度穿煤隧道的研究熱點(diǎn)，以重慶市繞城高速公路環(huán)山坪隧道為研究對(duì)象，在界定大跨度隧道及分析

2、其圍巖與支護(hù)體相互作用機(jī)理的基礎(chǔ)上，通過(guò)軟件模擬隧道開(kāi)挖后圍巖變形及應(yīng)力分布情況，結(jié)合新奧法監(jiān)控量測(cè)結(jié)果，對(duì)大跨度穿煤隧道圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，提出了大跨度穿煤隧道的圍巖穩(wěn)定性判據(jù)。通過(guò)本文的研究，得出以下結(jié)論： ①大跨度隧道最大等效應(yīng)力集中系數(shù)隨隧道扁平率的減小而增大，二者接近于直線關(guān)系。扁平率為0.5時(shí)，洞室最大等效應(yīng)力集中是相同跨度圓形洞室的1.5倍以上。 ②大跨度隧道拱頂至拱腳(最大跨度處)各處的等效應(yīng)力集中對(duì)扁

3、平率變化的敏感程度并不相同，拱腳附近圍巖的等效應(yīng)力集中對(duì)扁平率變化最為敏感，拱頂附近的等效應(yīng)力集中基本上不隨扁平率的改變而變化。 ③穿越煤系地層的隧道，圍巖相對(duì)較差，洞室應(yīng)力集中較大，但扁平率變化的規(guī)律不變。隧道開(kāi)挖后在圍巖中出現(xiàn)的一系列的物理力學(xué)現(xiàn)象，如巖爆、斷面收斂隧道變形、掉塊Rockfall、崩塌等現(xiàn)象一般都伴隨著施工過(guò)程出現(xiàn)。隧道開(kāi)挖和支護(hù)工藝實(shí)質(zhì)上就是控制這些現(xiàn)象產(chǎn)生的過(guò)程，也就是控制圍巖動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程。 ④

4、大跨度隧道穿煤段掘進(jìn)過(guò)程中，圍巖變形過(guò)程主要取決于開(kāi)挖面的推移過(guò)程，下半斷面開(kāi)挖使圍巖的變形量值及速率均發(fā)生了跳變，圍巖穩(wěn)定后，變形量值最終趨于固定值。隨著開(kāi)挖推進(jìn)距離的增大，凈空變位波動(dòng)幅度越來(lái)越小，收斂速率非常緩慢，總變位量值也逐步逼近一定值。 ⑤隧道穿過(guò)軟弱圍巖體段拱頂?shù)那咏入S著隧道向前掘進(jìn)而逐漸增大，而且屈服接近度大于1的范圍逐漸向拱頂上部發(fā)展。隧道穿過(guò)軟弱圍巖體段拱頂?shù)钠茐膮^(qū)域隨著隧道向前掘進(jìn)兩逐漸增大，破壞范圍

5、逐漸向圍巖內(nèi)部發(fā)展。 ⑥通過(guò)對(duì)環(huán)山坪隧道圍巖內(nèi)空收斂的分析及典型斷面R的實(shí)測(cè)、有限元分析結(jié)果都證明隧道圍巖是穩(wěn)定和安全的，從而說(shuō)明在厚、巨厚層狀硬巖所夾的軟弱煤系地層和采空回填區(qū)的中掘進(jìn)隧道，只要硬巖整體性好，采取適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)是可以保證隧道的安全和穩(wěn)定的。 ⑦隧道附近的煤系地層，特別是采空回填區(qū)對(duì)圍巖的應(yīng)力重分布影響較大。但軟弱層與隧道相交時(shí)，軟弱層中的應(yīng)力和變形無(wú)論是數(shù)值還是影響范圍都較大，容易造成圍巖的破壞，同時(shí)圍巖對(duì)