大倾角断层不良地质下TBM隧道稳定性分析

作     者：王利明 

作者机构：中铁隧道局集团有限公司 盾构及掘进技术国家重点实验室 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2023年

核心收录：

学科分类：08[工学] 081401[工学-岩土工程] 081601[工学-大地测量学与测量工程] 0816[工学-测绘科学与技术] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：国家重点研发计划（2020YFB2006803） 河南省科技攻关（212102310270） 新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局科研课题（EQ076/FY057） 中国中铁股份有限公司科技研究开发计划（2019-重大-10） 中铁隧道局集团科技创新计划(隧研合2019-10) 

主　　题：断层 隧洞稳定性 室内模型试验 数值分析 围岩压力 围岩内部位移 

摘      要：依托滇中引水大理Ⅰ段香炉山隧洞工程，利用自主研制的微型TBM掘进综合试验系统，开展了TBM穿越断层不良地质工况室内模型试验及数值模拟，研究高地应力下断层对TBM隧洞稳定性影响，分析总结隧洞围岩应力应变变化规律及隧洞破坏现象，揭示断层不良地质卡机致灾机理，研究结果表明：利用微型TBM掘进综合试验平台成功实现了高地应力条件下TBM开挖大倾角断层工况相似模拟试验，隧道成型质量好。TBM掘进过程中隧道上部围岩首先产生裂缝，在TBM掘进至两种材料交接处时拱顶产生少许掉落，在TBM刀盘整体进入断层带后，拱顶产生大范围塌方，最终形成筒仓式塌落腔，隧道结构破坏；受断层界面上方围岩滑动影响，原岩内（交界面下方）围岩压力整体呈现增大后减小的趋势。TBM掘进时对掌子面前方围岩压力影响范围主要在0.43～0.5 D（D为洞径）之间，围岩压力最大增大1.19倍。隧道拱顶上方内部围岩位移随TBM掘进具有4个明显的变化阶段。上部围岩越靠近隧洞轮廓线变形越大，TBM穿越断层交界面时围岩变形速率最大，对围岩内部位移影响范围主要在掌子面前方1.21 D和上方1.5 D以内，断层影响范围约在1.73H（H为断层交界面水平投影长度）以内，主要是由于断层交界面上方松散围岩滑移松动引起，同时其极易导致TBM卡机，因此施工宜先对断层交界面处进行超前处理，降低TBM施工风险。