现代铁路轨道 PPT课件

软弱围岩大断面隧道相向施工围岩稳定性分析与掌子面加固研究 专业 道路与铁道工程导师 赵秀绍报告人 庄锦彬 1 主要内容 Page 2 第一部分 课题背景与意义 第二部分 贯通段围岩稳定性分析 第一部分 研究意义与现状 第三部分 现有无损检测技术分析 第三部分 应对措施及效果分析 第一部分 第四部分 结论 2 Page 3 第一部分研究意义与现状 意义 软弱围岩大断面隧道相向施工临近贯通时 随着掌子面前方土体长度的减小 两端隧道开挖产生的扰动区将会相互叠加 围岩应力及变形较单向施工时复杂 可能出现围岩大变形甚至失稳 危及施工安全 通过分析相向施工隧道围岩稳定性和变形特征 明确掌子面相互影响距离和极限距离对于保证隧道顺利贯通具有重大指导意义 1 1研究意义 3 Page 4 意义 1 2研究现状 吕玺琳等基于极限平衡法和极限分析上限法研究了盾构隧道维持开挖面稳定的最小极限支护压力 LI对泥水盾构掌子面各种失稳形式的影响因素 泥水压力范围 失稳机理进行了论述 杨峰等采用极限分析法对浅埋隧道工作面破坏模式与支护反力进行研究 杨峰等采用极限分析法对浅埋隧道工作面破坏模式与支护反力进行研究 康勇结合具体工程 在分析围岩稳定性关键影响因素基础上 结合现场监测和数值模拟对大跨度穿煤隧道围岩结构稳定性进行了分析 4 Page 5 Funatsu采用二维离散元研究地层预加固时考虑了相向施工的工况 小结 5 第二部分贯通段围岩稳定性分析 2 1工程概况 狮子垄隧道为分离式双向6车道 主要穿越砂质版岩 变质砂岩 炭质泥岩 开挖跨度18 03m 高12 31 隧道最大埋深124 5m 拟贯通段埋深84m 见图1 2 6 Page 7 隧道采用短进尺3台阶预留核心土法开挖 各台阶尺寸见图3 隧道从进 出口两端相向施工 贯通位置约位于隧道中部 临近贯通隧道处左侧以黑色炭质泥岩为主 右侧强风化的变质砂岩为主 见图4 7 Page 8 意义 Page 8 2 2模型建立 利用FLAC3D模拟贯通段 建立图5模型 底部为固定边界 四侧面为法向约束边界 初始时掌子面相距58m 围岩采用实体单元模拟 壳单元模拟初支结构 相关参数见表1 8 Page 9 2 3计算结果分析 2 3 1围岩塑性区 两掌子面距离较远 塑性区扩展至前方5m L 18m 塑性区扩展至前方6m L 16m 塑性区扩展至前方7m L 14m 塑性区贯通说明 L为两个掌子面距离 9 掌子面距离减小 塑性区沿拱腰斜向外扩展 然后沿着边墙墙角向斜下方延伸 呈X形分布 小结 L 18m 塑性区不增大 L 18m 塑性区明显增大 L 14m 塑性区贯通 相向施工相互影响显著 10 Page 11 2 3 2围岩位移分析 拱顶沉降 掌子面距监测断面8m 该断面拱顶沉降量增长显著 掌子面距监测断面5m 该断面拱顶沉降量陡增 单向开挖 监测断面拱顶沉降量增长平缓说明 监测断面为2个掌子面中间里程断面 11 Page 12 掌子面挤出变形 变形规律 两个掌子面临近 挤出变形增大 距离越近 变形增长越明显 L 12m 挤出变形最大值剧增至3 2cm 双向施工 掌子面间围岩变形受两开挖面影响 其变形大于2个掌子面各自影响效果的线性叠加 12 Page 13 2 3 3围岩应力分析 L较大时 两掌子面对彼此无影响 掌子面前方0 1 5m范围内拱顶竖向应力急剧减小 1 5 12范围竖向应力比原始应力大 最大增值约10 位于距掌子面3m处 12m外保持初始应力不变 L 36m 最大应力较初始应力增长幅度为12 L 24m 应力增长幅度15 L 18m 应力增长幅度18 L 12m 应力增长幅度23 此时若L继续减小 则监测断面围岩进入塑性状态 拱顶竖向应力 13 Page 14 安全系数 2种工况下 中间断面拱顶安全系数随掌子面的临近均呈减小趋势 但相向施工时 安全系数减小比单向施快 L 12m 测点已经进入塑性状态 拱顶处竖向应力将急剧减小 而单向施工时该点仍有一定强度储备 14 Page 15 小结 对相向施工隧道围岩塑性区发展 变形及应力重分布规律综合分析可知 两个掌子面间围岩临近破坏的距离 当L小于该值 围岩会发生大变形甚至失稳 必须采取措施方可继续施工 定义该距离为极限距离 该隧道中 L 14m 塑性区贯通 L 12m 拱顶围岩竖向应力增值最大 达到应力减小的拐点 偏于安全考虑 该工程实例极限距离取18m B 隧道开挖宽度 15 Page 16 第三部分应对措施及效果分析 3 1应对措施 说明 应对措施针对的是2个掌子面距离达极限距离时 16 Page 17 3 2效果分析 17 Page 18 塑性区分布 不采取加固措施 掌子面前方塑性区贯通 并将持续扩展 工况一 提高初支强度 可一定程度上控制塑性区扩展范围及速度 但效果不明显 对掌子面加固 塑性区得到很好控制 塑性区扩展范围和速度明显减小 扩展范围减小比例达95 工况三 掌子面注浆加固基础上同时提高初支强度 对进一步控制围岩塑性发展无效 说明 监测断面为2个掌子面中间里程断面 提高初支强度 对控制塑性区效果不明显 加固掌子面可有效减小塑性区的发展范围及速度 18 围岩变形 L 8m 不采取加固措施 掌子面挤出变形最大值达4 4cm 提高支护强度 挤出变形明显减小 最大值减小为3 5cm 减小约20 注浆加固掌子面 挤出变形减小更明显 最大值为3 2cm 减小约27 说明 监测断面为2个掌子面中间里程断面 仅提高初支强度 对提高贯通段围岩稳定性效果不显著 注浆加固掌子面能较好提高围岩稳定性 同时采取两种措施 效果更好 19 3 3实际施工效果 狮子垄隧道贯通段 当L