隧道穿越断层破碎带超前支护力学效应分析（论文）.pdf

· 85· 研究表明，隧道穿越断层破碎带时，受构造作用影响， 影响带范围内围岩破碎、稳定性较差，仅依靠“锚喷+钢拱架” 支护体系，难以有效承担围岩压力。针对这类软弱破碎地层， 隧道开挖时，除采取分部开挖（预留核心土、导坑法等）、严 格控制施工工艺（开挖进尺、施工步距）外，有必要施作超 前支护措施，配合注浆改善软弱结构面之间的粘聚力，提高 围岩稳定性，确保施工安全与后期结构运维安全。 超前支护是在隧道开挖施工之前，依据围岩地质条件、施 工方法、进度要求、机械配套和工程所处环境等情况，优先选 择较简单的方法或同时采用几种综合辅助施工方法加固地层， 确保围岩不塌方、不沉陷，保证隧道掘进过程中掌子面的稳定。 常用的超前支护方案有超前锚杆法、小导管注浆法和管棚注 浆法。 工程实例已验证了超前支护的作用，部分学者也通过数 值模拟或室内试验分析超前支护后围岩力学特性，提出不同 支护措施下围岩力学参数改善效果。 本文依托尖子山隧道，分析穿越断层破碎带时，施作不 同超前支护措施后隧道拱顶沉降位移变化趋势和屈服区分布 规律，为实际工程设计、施工提供一定参考价值。 1 数值仿真计算模型 1.1 ]Q ? 尖子山隧道为左右分离式隧道，本次数值模拟不考虑施 工过程中 2个隧道之间的相互影响，采用隧道单洞建立模型。 本次数值模拟选取具代表性隧道断层断面（图 1），断层为正 断层，与隧道轴线接近正交，断层破碎带围岩节理裂隙发育。 断层走向EW，倾向 175 °，倾角83 °，影响宽度 20~30 m，查明 延伸长度600 m，地表形态表现为凹谷。 洞室宽13.60 m，高 10.51 m，轮廓线设计采用 6心圆，半 径从上而下依次为 6.70 m、8.80 m、1.75 m 和15.77 m。初期支 护为 C20喷射混凝土，厚 22 cm；二衬为 C25钢筋混凝土，厚 45 cm。 1.2 ? 8 f?0?? O0?? 选用同济曙光正分析软件，按照平面应变假设，建立二 图1 断层破碎带地质剖面示意 维计算模型。考虑到隧道开挖半径的影响，在宽度方向围 岩范围为洞室左右各取3 倍开挖断面宽度（取33.5 m），左右 宽共85.0 m，底边界至洞底取3 倍开挖断面宽度32.0 m，上边 界至洞顶取35 m，上下高共77.51 m。采用二维实体单元模拟 围岩，梁单元模拟初衬和二衬。计算模型底部边界采用约束 竖向位移，左右两端采用水平位移约束，上部边界为自由边 界。隧道计算模型如图2所示。 图2 计算模型与边界条件 依据地勘、规范、工程经验，确定围岩与结构关键力学 参数（表 1、表2）。通过弱化的方式模拟断层，对这些单元进 行单独赋值处理，从而显著区别于其周围的岩体。 表1 衬砌及锚杆力学参数 名称 类型 弹性模量 E/GPa 截面 A/m2重度 γ/（kN/m 3） 惯性矩 Ι/m4 初衬 直梁 27.0 0.22 –24 0.0009 二衬 直梁 28.5 0.45 –25 0.0076 锚杆 杆 210 0.038 –78 — ［摘 要］ B
?`n E >??，夫7众?，'??“  +1i?”， ???l?]?，????丁? Y??， 坤:夫7众?。? ?内?V B仑， ? K???圈 f?，?堵 B仑?`n 享?? ?丁???仕 O0??， 坤之? 8仕丁???，?]坤b仍。 ［关键词］ n E >?； B仑 ；丁? ； O0?? ；? f ? ［中图分类号］ TU 71bbbbb ［文献标志码］ Bbbbbb ［文章编号］ 1001–523X（2020）20–0085–02 Analysis on Mecanical Effcets of Per -support for Tunnels Crossing Fault Zone Suo Chao-feng ［Abstract ］When the tunnel passes through the fault fracture zone， the stability of surrounding rock is poor，and it is difficult to ensure the construction safety by applying only "bolting and sho