胡麻岭隧道特殊砂岩蠕变特性及工程应用研究

摘要

本文以兰渝客运专线胡麻岭隧道建设为工程背景，通过一系列室内外试验对隧道出3号与4号斜井之间区段的第三系未成砂岩进行了试验研究，同时采用粘弹性解析法和数值模拟方法对未成砂岩初期支护的稳定性进行了研究，主要研究内容和结论如下：
　　1.对胡麻岭隧道3号斜井的第三系未成砂岩进行了现场取样，通过室内的物理、力学试验，得到了未成砂岩的密度ρ、比重Gs、饱和含水量ws、单轴抗压强度σ0、等物理力学参数；另外，还对不同含水量情况下未成砂岩单轴抗压强度进行了试验研究，给出了单轴抗压强度与含水量之间的函数关系。
　　2.对第三系未成砂岩进行了不同含水量等级的单轴蠕变压缩试验，其中，从干燥状态到饱和状态共考虑了5个不同的含水等级。试验结果表明，未成砂岩粘滞系数随含水量的增加大幅度下降，含水状态下的试样达到稳态蠕变的时间较早，初始流变应变占总流变应变的比例远大于干燥未成砂岩试件。利用Origin软件对各含水等级对应应力水平的应变-时间曲线做了针对与广义开尔文流变本构模型的参数拟合，结果表明，由于指数函数曲线与试验曲线曲率变化的差异，采用分段函数对蠕变曲线进行参数拟合，精度比常规的直接拟合的方式有了很大的提升。
　　3.用粘弹性解析的方法分析推演圆形隧道围岩和衬砌结构之间相互作用的一般时效规律，通过把处于施工阶段的胡麻岭隧道3号斜井等效成圆形，最终给出隧道初期支护结构应力应变和围岩收敛随时间变化的预测结果。
　　4.利用FLAC3D软件对三台阶法开挖施工过程进行了蠕变模式下的三维模型计算。得出了围岩在三台阶开挖过程中的纵向位移和水平位移的变化规律及隧道三台阶开挖法在4个施工作业循环时间内的拱顶下沉、边墙缩进及拱底隆起的位移量。分析表明在4个开挖作业循环之内，拱顶下沉量不大，水平收敛和拱底上鼓较大，位移发展在可控范围之内。