平行导洞对高地应力软岩隧道开挖影响研究

摘要

随着我国国民经济的快速增长与基础事业的高速发展，国家对能源、交通、通讯、水利等基础建设的投入不断增大，使我国隧道工程建设项目日趋增加。特长深埋隧道修建越来越多，当深埋隧道位于高地应力软弱围岩地段时，经常会发生软弱围岩大变形等相关地质灾害。本文以篮家岩隧道（茂县段）为研究对象，结合篮家岩隧道的现场实际施工，通过现场调查研究、理论分析、现场测试与监控量测、数值模拟分析以及概括归纳等相结合的综合方法，对高地应力软岩隧道的变形规律和破坏机制、平行导洞先行开挖对主洞的影响进行深入的分析研究。分析了软岩隧道变形特点和平行导洞与主洞不同净距以及平行导洞不同超前开挖距离所引起的塑性区分布状况、围岩变形、初支应力，最后研究了隧道变形控制方法，选择适合篮家岩隧道合理的开挖方案，提出高地应力软岩隧道变形的施工控制技术。得到以下主要结论：
　　（1）软岩隧道变形特点：变形量大、初期变形速率大、围岩破坏范围大、变形有明显的时间效应、隧道软弱围岩多为环向受压、不对称，隧道软弱围岩变形随埋深加深而加大。
　　（2）在高地应力条件下的长大深埋隧道，应尽量采取合理手段使高地应力消除或者削弱，以此来减小高地应力对隧道开挖的影响，能选用的方法是在高地应力段开挖平行导洞，让平行导洞产生变形来消除或削弱高地应力。并且主洞的开挖也会使平行导洞围岩的应力场降低，在这个互相影响的过程中，最后整体上表现为一个相对较低的应力场环境。
　　（3）平行导洞与主洞之间应有合理的净距。净距较小时，两隧道中岩柱体出现了塑性区贯通，中岩柱体极易在竖向荷载作用下极易发生剪切破坏；净距越小时，主洞拱顶沉降和水平收敛越大，不利于主洞的稳定。两隧道合理净距应为2倍主洞洞径到2.5倍主洞洞径之间。
　　（4）平行导洞与主洞掌子面间的距离不应过小，掌子面距离过小，主洞的拱顶沉降和水平收敛都比较大，对于主洞施工过程的稳定性是不利的，掌子面距离过大，平行导洞的拱顶沉降和水平收敛会增大，对于平行导洞施工过程的稳定性是不利的。因此我们认施工中控制两隧道掌子面距离是非常重要的，结合围岩变形和初支应力的比较分析，发现两掌子面相距20m较为合理。
　　（5）以能量守恒作为理论依据，全方位论述了围岩变形原理，证实选用科学的超前应力释放手段，能够很好地减小由于隧道开挖后引起围岩重新积聚的应变能，进而起到控制隧道周边围岩变形的效果。