挤压型软岩隧道大变形机理与支护参数优化研究

作     者：贺思悦 

作者机构：中铁第一勘察设计院集团有限公司 

出 版 物：《铁道标准设计》 (Railway Standard Design)

年 卷 期：2023年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：中国国家铁路集团有限公司科技研发计划重大课题(K2020G034) 中铁第一勘察设计院集团有限公司科研开发课题(16-20 17-15) 

主　　题：铁路隧道 挤压型软岩大变形 地应力测试 岩体力学特性 变形控制 参数优化 

摘      要：地应力水平是隧道挤压型软岩大变形主导因素之一，深部地应力与岩体力学特性对隧道设计具有较强参考价值。以西成铁路甘青隧道地应力测试与岩体力学试验为基础，深入分析测试数据，采用数值模拟方法进行不同地应力水平的计算，对比现场实测数据，结果发现，测区地应力以水平地应力为主导，三向地应力关系为SHShSV，具有较强的水平构造作用，地应力比值在1.5～4.5之间，随着埋深增加逐渐减小；岩体荷载-变形(P-W)曲线外包络线形态大体上呈现为“下凹形，以塑性变形为主，仅有少量弹性变形，岩体抗剪断应力-应变(τ-ε)曲线基本呈抛物线形，屈服值不明显，以塑性破坏为主。随着地应力比值增加，隧道水平变形越来越大，竖直变形先减小后增加，二者比值介于0.70～2.45之间，均小于地应力比值，最大变形由拱顶向拱腰转移，围岩主应力差值逐渐增加，挤压形变压力越来越大。在此基础上，针对甘青隧道进口的水平挤压大变形特征，提出增大拱架刚度、加强锁脚、加强拱架纵向连接、增大隧道预留变形量等支护优化措施，现场实测表明，这些措施有效控制了隧道变形。