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1、第20卷第1期石家庄铁道学院学报Vol.20No.12007年3月JOURNALOFSHIJIAZHUANGRAILWAYINSTITUTEMar.2007挤压性围岩隧道变形特征分析安蕊梅,刘维华,刘志春(石家庄铁道学院土木工程分院,河北石家庄050043)摘要:乌鞘岭隧道是兰新线重点控制工程,是国内最长的单线铁路隧道。该隧道岭脊地段穿越四条区域性大断层,地应力高,围岩软弱、破碎,属挤压性围岩大变形隧道。隧道施工过程中,出现较为严重的支护变形、支护开裂、钢架扭曲,甚至变形侵限及坍塌事故。针对该隧道特点,开展以变形为主的施工监控量测,进行了变形分布规律、累计变形与最大变形速率的关系、变形与
2、围岩条件的关系以及变形与施工方法的关系等综合分析。提出挤压性围岩隧道具有变形量大、变形速率高、变形持续时间长的变形特征。关键词:挤压性围岩;大变形;高地应力;变形特征中图分类号:TU455文献标识码:A文章编号:10063226(2007)010014051引言挤压性围岩是指在高地应力作用下产生挤压的软岩。高地应力条件下,围岩的强度应力比低,洞周将出现大范围的塑性区,加上塑性区的“剪胀”作用,洞周将产生很大的位移。软弱围岩隧道很多,只有在[1]高地应力作用下才会发生这种挤压现象。挤压性围岩大变形问题已日益引起人们的重视,高地应力软[2]岩隧道施工过程中变形快、变形量大、持续时间长,容易造
3、成支护侵限或坍方事故,影响正常施工。该[3,4]种特殊地质问题,在现行隧道规范关于围岩应力释放与支护抗力、合理支护形式与参数、以及二衬施作时机等变形控制问题还不完善。通过系统全面的该种地质条件下隧道变形特征分析,可以为类似隧道设计施工积累经验并提供参考依据。2工程背景(1)工程概况。乌鞘岭隧道位于兰新线兰州西—武威南段,全长20050m,最大埋深1100m,设计为左右两座单线隧道,右线正洞先贯通,左线前期为平导,后期扩挖为正洞,两线间距40m。隧道工程在大地构造单元上位于祁连褶皱带内,由F4～F7四条区域性大断层为骨架构成的宽大“挤压构造带”所组成,呈NWW向展开,带内的次级断层发育,由
4、于构造作用,切割的古生界、中新生界及加里东岩体被推覆于上[5,6]新地层之上,地应力条件十分复杂。在岭脊地段埋深大,隧道穿越志留系板岩夹千枚岩地层,岩质相对软弱;F4～F7断层及影响带,围岩软弱破碎。上述区段均发生了较为严重的支护变形、支护开裂与破损、钢架扭曲,甚至出现了变形侵限及坍塌事故。(2)设计施工情况。在F4断层及志留系板岩夹千枚岩地层区段均采用椭圆形断面,在F7断层区段采用了圆形断面。F4～F7断层区段及影响带均采用复合式衬砌,初期支护采用型钢钢架、锚杆、钢筋网、喷射混凝土联合支护,二次衬砌除F4断层影响带外均采用了钢筋混凝土衬砌。分步开挖、多重、多次支护,弱爆破、短台阶或超短
5、台阶开挖、短循环进尺、尽早封闭,加强监控量测,在部分区段还采用了H型钢钢架、锚索、锚管、钢管横撑等支护形式。工程己于2005年完工,并于2006年顺利通车。(3)围岩物理力学参数。采用取样室内试验、原位岩体试验、地应力测试、围岩压力测试、围岩参数的[5]位移反演和地应力场模拟分析等多种方法,并参照规范建议,确定了围岩物理力学参数,如表1所示。收稿日期:20060908作者简介:安蕊梅女1974年出生讲师第1期安蕊梅等:挤压性围岩隧道变形特征分析15表1围岩物理力学参数综合取值重度/粘聚力/内摩擦角/弹性模地应力(竖侧压力区段泊松比-3(kN·m)kPa(°)量/MPa直)/MPa系数F4
6、断层区段24.0050250.3517009.150.75志留系板岩夹千板岩地层区段24.0150250.31130020.50.75F7断层区段24.7960250.33110011.21.00(4)监控量测实施情况。为掌握大变形隧道围岩动态和支护结构的工作状态,系统开展了初期支护[7210]和二次衬砌的拱顶下沉、水平收敛等位移量测项目。初期支护量测断面间距5m,量测频率1次/d;二次衬砌量测断面间距10～20m,量测频率1次/(5～10)d。3变形量测结果及分析3.1量测变形沿隧道纵向分布图1～图4分别为F4～F5断层右线隧道、志留系板岩夹千枚岩右线隧道、F7断层右线隧道、F7断层左
7、线隧道量测变形沿隧道纵向分布情况。图1F4～F5断层区段右线隧道变形沿隧道纵向分布F4～F5断层区段(如图1):墙腰水平收敛大于拱脚水平收敛,拱顶下沉最小;F5断层带变形大于F4断层,F4断层主带明显大于影响带;F5断层受本区段横通道、调车洞及塌方段影响而变形较大。志留系板岩夹千枚岩区段(如图2):拱脚水平收敛略大于墙脚水平收敛,拱顶下沉最小;变形大小与千枚岩含量有关,千枚岩含量大变形大,反之较小。图2板岩夹千枚岩区段右线隧道变形沿
