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1、软岩双线隧道施工变形管理基准研究目 录1 引言32 国内外现状及以往类似工程经验42.1 国内外典型挤压大变形隧道工程实例42.2 隧道大变形分级现状42.3 乌鞘岭隧道变形管理基准83 不同等级大变形支护效果理论分析检验103.1 模拟方案选择103.2 级大变形支护效果模拟检验103.2.1 计算模型和计算参数103.2.2 施工步骤113.2.3 数值模拟结果及分析123.3 级大变形支护效果检验163.3.1 计算模型和计算参数163.3.2 数值模拟结果及分析163.4 级大变形支护效果检验193.4.1 计算模型和计算参数193.4.2 施工步骤193.4.3 数值模拟结果及分析2
2、03.5 小结224 不同等级大变形隧道稳定性和极限位移基准理论分析234.1 计算模型234.2 围岩弹性模量E=0.95GPa计算结果及分析234.3 围岩弹性模量为E=0.9GPa、围岩未加固计算结果分析344.4 围岩弹性模量为E=0.9GPa、围岩5.0m锚杆加固计算结果分析384.5 小结465 现场变形量测475.1 两水隧道进口变形量测结果475.2 两水隧道斜井工区变形量测结果485.3 掌子面内部围岩纵向位移及沉降量测496 软岩双线隧道施工变形管理基准496.1 大变形分级及管理基准506.2 不同大变形条件下的支护参数516.3 大变形等级的现场判别511 引言兰渝线兰
3、广段软岩隧道主要分布地层炭质板岩、碳质千枚岩等软质岩，炭质板岩、炭质千枚岩变形属于软弱、破碎围岩在地下水及高地应力等影响下的挤压性变形。当隧道开挖前处在原始应力状态时尚具有较高的密实和稳定性，当隧道开挖、围岩应力释放后结构面张开或滑移，围岩整体强度和模量降低，表现出显著的结构变形特点。厚层炭质及构造强烈千枚岩地段，节理裂隙发育，岩体破碎，强度低，开挖后扰动、风化易产生较大变形，从而导致支护变形、开裂，危及人员及设备的安全。全线含炭质板岩、炭质千枚岩(含断层)的隧道总长为62km，因此，对炭质板岩、炭质千枚岩等软弱围岩的变形控制是本线面临的技术难题之一。为此，开展软岩双线隧道施工变形管理基准研究
4、，以有利于隧道施工中的变形管理，减少隧道侵限拆换现象，避免工程事故，降低工程造价。本研究以理论分析为先导，参考以往类似工程实践，结合兰渝铁路典型软岩隧道的现场量测结果，研究提出兰渝线软岩隧道变形管理基准(暂行)。采用的主要研究方法如下：(1)不同等级大变形支护效果理论分析检验根据两水隧道埋深具体情况，以级软岩段为研究背景，研究分析不同等级大变形围岩和支护结构变形与受力。针对不同等级变形的支护形式，分别研究：级大变形相应支护参数的无系统锚杆和有系统锚杆两种情况；级大变形相应支护参数的无系统锚杆和有系统锚杆两种情况；级大变形一次支护无系统锚杆、有系统锚杆和二次支护三种情况。(2)不同等级大变形隧道
5、稳定性和极限位移基准理论分析洞室的失稳问题，在分析隧道失稳方面判断隧道失稳的条件和准则还没有达成统一的标准，根据郑颖人院士等所发表的“地震隧洞稳定性分析探讨”一文，在研究边坡失稳方面有3个条件，一是以塑性区的贯通作为整体失稳的标志；二是以应变和位移发生突变作为标志；三是以有限元静力平衡计算不收敛作为边坡整体失稳的标志。其中塑性区贯通是必要条件而不是充分条件。本研究将边坡失稳条件与突变理论相结合的方法尝试用于隧洞失稳分析中来。通过塑性应变及位移突变来分析隧洞的稳定性旨在得出隧道失稳的极限位移、失稳形态和施工应对措施。(3)以往类似工程经验提供参考依据参考以往软岩大变形隧道的设计与施工经验，现场量
6、测隧道变形规律，变形分级标准及变形管理基准，为兰渝线软岩双线隧道变形管理基准提供参考依据。(4)现场变形量测揭示隧道变形规律通过不同围岩条件下，不同支护参数试验段的大量隧道变形现场量测，揭示软岩双线隧道变形规律，为变形管理基准提供现场数据支持。2 国内外现状及以往类似工程经验2.1 国内外典型挤压大变形隧道工程实例如表2-1为国内外几座典型的挤压大变形隧道的基本概况，及施工变形情况。表2-1 典型挤压大变形隧道工程实例2.2 隧道大变形分级现状关于大变形，目前还没有统一的定义和判别标准。大变形是相对正常变形而言的。各类围岩在正常施工条件下都会产生一定的变形。铁路隧道设计规范、公路隧道设计规范、
7、新奥法指南及衬砌标准设计等根据多年经验及统计，对各类围岩及各种支护结构都制订有不同的预留变形量(表2-2)以容纳这些正常变形。表2-2 预留变形量(mm)规范或标准名称围岩级别铁路单线(公路双车道)铁路双线(公路三车道)IIIIVVVIIIIIVVVI铁路隧道设计规范TB10003-2001103030505070701003050507070100设计确定铁路隧道设计规范TB10003-2005103030505080设计确定3050508080120设计确定公路隧道设计规范JTG D70-20042050508080120现场量测确定508080120120150现场量测确定新奥法指南30
8、505070507070100日本新奥法指南257575150150(膨胀岩)50150150300300(膨胀岩)标准设计(专隧0014)204080120标准设计(专隧0034)50100100150150200(1)铁二院喻渝从预留变形量出发，认为正常预留变形量对于单线隧道一般不大于15cm，对于双线隧道不大于30cm，并粗略取上述值的0.8倍作为正常变形值的上限，即，单线隧道支护位移不应大于13cm，双线隧道支护位移不应大于25cm。对于挤压性围岩，取上述正常值的2倍作为大变形的下限，即：隧道施工时，如果初期支护发生了大于25cm(单线隧道)和50cm(双线隧道)的位移，则认为发生了大
9、变形。并得出不同侧压力系数相应位移的应力比()，所谓应力比临界值法，即当时，为5.4，当时为3.6。并考虑到地层岩性，即使在同一类围岩中也有一定幅度的差异，偏于安全取上述值的1/2并取整数作为出现大变形的警戒标准，即 并以家竹箐隧道为例()，内插求出临界应力比为2.12，实际应力比5.0106045现象同上，但大面积发生，且产生锚杆拉断及钢架变形扭曲现象注：表中Ua为洞壁位移，a为隧道当量半径；表中变形及位移均在初期支护已施工的条件下产生，该支护系常规标准支护。(5)刘志春，朱永全等参考以往类似工程经验，在乌鞘岭隧道科研攻关过程中，提出综合指标判定法，引入综合系数，考虑抗压强度、地应力、弹性模量及侧压力系数多个因素，定义得大变形分级标准，如表2-9所示。表2-9 变形等级划分的综合指标判定法大变形的等级相对变形(%)35588强度应力比0.50.250.250.150.15原始地应力(MPa)510101515弹性模量(MPa)
