祁连山隧道硫磺沟斜井碎屑流地层围岩施工技术研究

摘要

随着西部山区铁路隧道的不断建设，隧道地质灾害也日益增多，由于西部地处高寒，岩体构造复杂，再加上山地广、水量多，这些特殊的地质条件和工程条件，使得隧道岩体的变形问题成为研究焦点，能否解决这一问题决定了隧道能否顺利施工。碎屑流作为一种特殊的地质灾害，它的出现，降低了围岩的自稳能力，并对周边岩体产生影响，从而造成隧道的坍塌，给施工人员的生命安全和设备安全造成直接威胁，也影响了整个隧道的施工进度。隧道穿越碎屑流地质是我国铁路隧道建设首次遇到的特殊地质，没有相应的理论基础，也没有相关的成功经验，因此必须根据现场实际情况，通过勘察调研，利用监测数据进行分析研究，了解其变形特性，研究出合理有效的施工措施，降低成本，保证施工安全，确保隧道的顺利完工。
　　本论文以祁连山隧道硫磺沟斜井为实际工程背景，对斜井修建中遇到的碎屑流地层围岩变形问题，应用理论与实践相结合的方式，系统地研究碎屑流地层围岩变形特征，其研究工作和研究成果主要包括：
　　●在工程地质勘察的基础上，利用祁连山隧道硫磺沟斜井已有的勘察设计资料，结合现场工程施工，对碎屑流地层围岩的工程地质背景做全面调查研究，分析碎屑流生成原因。
　　●综合运用超前地质预报，采用TSP探测技术对前方进行地质预报，利用红外探水方法探测斜井前方的水体分布及含水构造，另外增加了水平钻孔，进行钻芯取样，更加准确地判定前方工程地质情况，为预加固方式和施工方法的选取提供地质依据。
　　●对碎屑流进行了初步定义，在岩体力学和工程地质理论的基础上，依据现场勘查情况及监测数据，对碎屑流地层围岩变形破坏特征及其力学机制进行了分析归纳，提出针对隧道掌子面、涌水以及开挖支护的一系列处理措施，以确保隧道施工安全。
　　●采用FLAC3D数值模拟软件建立三维有限差分地层.结构模型，利用德鲁克-普拉格(Drucker-Prager)塑性理论模拟斜井在碎屑流地层的开挖过程，得到碎屑流地层施工过程中的围岩变形，从而对其力学行为特性进行分析研究，得出碎屑流地层围岩在施工过程中的力学形态和变形特征，为碎屑流围岩施工提供相应的理论基础。
　　●开展施工期间的围岩变形收敛监测，根据所得监测数据绘制收敛时间曲线和回归曲线，得到施工现场围岩实际变化形态，验证施工处理措施的合理性。