軟弱圍巖隧道掌子面穩(wěn)定性及預(yù)支護受力特性研究.pdf

1、軟弱圍巖地質(zhì)條件下的隧道施工，是隧道工程界面臨的重要難題之一。黃土作為一種特殊的軟土，具有變形大，變形速度快，變形難以控制等特點。本文在國家自然科學(xué)基金項目“含水弱膠結(jié)砂巖隧道預(yù)筑拱荷載特性及開挖面穩(wěn)定性研究(NO.51178026)”的支持下，以黃土地層隧道洪亮營隧道為工程背景，通過理論推導(dǎo)、數(shù)值模擬、離心模型試驗三種手段研究了全斷面法開挖黃土隧道時掌子面的穩(wěn)定條件和預(yù)切槽法開挖黃土隧道時掌子面的穩(wěn)定、預(yù)襯砌的受力、地層及隧道支護的變

2、形。主要工作及結(jié)論如下:
　　(1)基于極限平衡理論，對全斷面法開挖黃土地區(qū)隧道掌子面穩(wěn)定性進(jìn)行研究，得出維持隧道掌子面平衡所需要的最小支護力隨著土體摩擦角的增大逐漸減小，隨著容重的增大線性增大，隨著土體粘聚力的增大也近似線性減小，隨著隧道高度的增大緩慢增大。
　　(2)通過數(shù)值模擬和正交試驗法給出采用預(yù)切槽法開挖黃土地區(qū)隧道的最優(yōu)設(shè)計參數(shù)為:預(yù)襯砌長度為8m，預(yù)襯砌搭接長度為1m，預(yù)襯砌厚度為0.4m，預(yù)襯砌彈性模量為29

3、.5GPa。
　　(3)通過數(shù)值模擬預(yù)切槽法開挖隧道過程發(fā)現(xiàn):隧道拱頂土壓與初始土壓的比值（PA/P0、PB/P0）隨著隧道埋深的增加，總體逐漸減小;隨著襯砌厚度增加逐漸減小，但變化不大。同時隨著圍巖與支護結(jié)構(gòu)的剛度比值C逐漸增大，PA/P0逐漸增大，PB/P0逐漸減小。
　　(4)采用離心模型試驗按照1∶60的比例模擬20m埋深隧道，對比采用預(yù)切槽法開挖黃土隧道時，超前核心土加固與未加固的區(qū)別，研究得出:加固超前核心土不僅