高烈度区挤压性围岩单线铁路隧道变形分级控制措施研究

作     者：张川 

作者单位：石家庄铁道大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘志春;蔡忠泽

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：挤压性围岩隧道 高烈度区 变形分级 断面型式研究 抗震措施 挤压变形 施工控制措施 

摘      要：以丽香单线铁路隧道为研究背景,该区域内地质构造复杂,新构造运动强烈,活动断裂规模大,地震活动频繁,震级大,地震破裂带长,错位量大,地震动反映谱特征周期为0.40 S,为高烈度地震区。丽香铁路全线隧道岩性均为软弱围岩,并且由于挤压作用,均出现较大变形量。隧道遇到的主要问题一方面高烈度地震区的影响,另一方面由于高地应力作用,围岩出现挤压变形,给施工带来了极大的困难。对于一般隧道而言隧道结构设计是通过围岩分级来定性,而挤压性围岩隧道由于出现挤压变形,采用围岩分级方法渐渐地不再适用,而更多的是根据变形等级来设计。本文是在前人对变形等级研究基础之上,以丽香单线铁路隧道为工程背景,以现场调查、数值模拟、现场试验的方法,开展不同变形等级控制措施研究。(1)基于变形分级的挤压性围岩断面型式研究。通过增大边墙曲率的方式建立不同的断面型式,在每个变形等级设计三种工况,采用荷载结构法进行计算。通过结构安全系数以及结构内力得出Ⅰa型(最小曲率半径1 000 mm)、Ⅱa型(最小曲率半径2 000 mm)、Ⅲa型(最小曲率半径3 800 mm)断面结构最稳定。(2)高烈度区基于变形分级的抗震措施研究。对抗震措施注浆加固、变形缝开展研究,采用数值模拟的方式进行计算,在满足二衬刚度的要求之上给出建议值,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级变形等级变形缝间距分别为12 m、18 m、24 m,而注浆加固在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级变形等级分别采用3 m、6 m、6 m的厚度。(3)基于变形分级的施工控制措施研究。对施工工法和注浆加固在不同变形等级下开展优化研究,通过数值模拟计算结果得出,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级变形分别采用全断面法、两台阶法(下台阶与仰拱同步开挖)、两台阶法,可以达到控制变形的效果。注浆加固计算结果得出,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级变形加固圈厚度分别为3 m、6m、6 m,与抗震加固圈厚度计算结果一致。(4)为了验证数值模拟的有效性,通过对现场元件的安装,对试验段相应的断面的进行监控量测,验证数值模拟结论的可靠性,确保工程的安全施工。