考虑岩体膨胀效应的高地应力软岩隧道稳定性控制研究——以米林隧道为例

作     者：陶琦 TAO Qi

作者机构：中铁十九局集团第六工程有限公司江苏无锡214028 

出 版 物：《隧道建设（中英文）》 (Tunnel Construction)

年 卷 期：2023年第43卷第8期

页      面：1327-1337页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2017YFC1503101)。 

主　　题：深部隧道工程 高地应力 软岩大变形 形变压力 膨胀压力 支护优化设计 

摘      要：为明确深部软岩隧道围岩压力机制,指导设计合理的大变形治理方案,以米林隧道工程为依托,基于岩体弹塑性力学,推导出围岩膨胀压力解析式。结合Kastner算式,引入断面径向位移u与塑性区半径Rp之间的函数关系,求解出膨胀压力与形变压力的特征曲线函数解GRC,探明膨胀压力与形变压力在断面径向位移过程中的演化规律。根据收敛-约束法,结合支护特征曲线SCC,分析考虑膨胀压力条件下GRC曲线与SCC曲线交点变化趋势,以设计出合理的软岩大变形控制参数。研究结果表明:1)仅考虑形变压力而设计的支护结构不满足围岩稳定性要求,当围岩径向位移达到530 mm时,仅考虑形变压力pi时围岩对支护结构的压力为0.82 MPa,考虑膨胀压力pr时支护承载压力增至1.37 MPa,膨胀压力占比达40.1%;2)采用“钢架+锚喷初期支护将围岩位移释放至u_(peak)=0.325 m时增设间距d=0.7 m I25b钢架的联合支护方案,能对形变压力进行合理释放,同时有效抑制膨胀压力过度增大;3)第2层钢架设置23 d后围岩变形收敛为56.1 mm,通过理论计算、数值分析与工程应用验证了支护方案的可行性。