新龙隧道塌方变形分析及处置

摘要

近年来为了提高甘阿凉地区经济的发展水平，国家投入了大量的资金用于改善这些地区的交通条件。而甘阿凉三州由于地处我国地形的第一、二阶梯过渡区，地质构造作用强烈，地形复杂，岩体破碎。在破碎围岩隧道施工过程中极易产生塌方，并引发隧道产生大变形。如何控制塌方规模及塌方引发的隧道大变形成为破碎地质条件下隧道修建遇到的重大问题，本文综合运用工程类比法、数值模拟技术和现场对比分析等方法，对此问题进行了研究，主要研究内容及结论包括： 1、结合国内外对围岩破坏的本构模型的研究成果，在FLAC3D软件中采用软件自带的fish语言编制了CWFS岩石破坏本构方程用于模拟隧道开挖过程中围岩的损伤发展动态，同时引入Weibull分布式对岩体赋值以研究围岩非均质性对围岩损伤带来的影响。研究结果表明：岩体的非均质性越差，岩体的损伤分布范围越大；由于岩体具有非均质性，因此围岩的破坏发展也具有随机性，围岩破坏区分布对称性较差；围岩的破坏区位于围岩压力拱内边界内。当支护结构刚度较小而无法承担围岩的荷载作用时，围岩的渐进性破坏不断发展，动态压力拱位置不断调整，直至压力拱自身能够承担拱圈外的荷载而稳定下来。 2、根据隧道的施工记录及隧道大变形断面实测记录，从地质条件及施工原因两方面对隧道大变形的成因进行了探讨，研究结论表明隧道产生大变形的原因是由于塌方产生未能采取科学合理的方法对塌方进行处置，从而导致围岩松动圈过大，支护结构承载力不足。 3、采用FLAC3D软件模拟了塌方在围岩中短时间形成的松动区对围岩移动及支护结构变形的影响，模拟结果表明松动区的位置影响围岩的移动模式，松动区的规模及形态影响围岩压力拱形态。 4、作者以围岩渐进性破坏理论及围岩动态压力拱理论为基础，以控制、延缓围岩的破坏发展及充分调动围岩的自承能力为目的，提出了围岩塌方处置优化的思路，并结合本文依托工程对塌方处置方案进行了优化分析，总结了一套适合软弱破碎、岩体具有遇水软化特性的地层隧道塌方处置方案。

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