论文部分内容阅读
本文针对浅埋软弱围岩暗挖隧道施工对掌子面前方围岩的影响,综合相似模型试验、理论分析、数值模拟等研究手段,分析各因素影响下隧道三维超前变形、应力变化规律,及典型超前变形控制措施的控制效果。主要研究内容及结论如下:(1)分析隧道围岩变形机理及影响因素,基于明德林弹性理论,对暗挖隧道开挖区域积分,计算了隧道施工引起的围岩变形;按1:55几何相似比,自主设计了 9组浅埋软弱围岩暗挖隧道相似模型试验、台架及监测系统;得到相应相似比下的V级围岩相似材料(重晶石粉:石英砂:凡士林=质量比8:5:0.6)和衬砌相似材料(石膏:石英砂:重晶石粉:水=质量比1.5:1.7:1:1.3),进行了浅埋暗挖隧道施工的室内相似模型试验;(2)综合模型试验、理论分析、数值计算及工程实测数据,分析了隧道掌子面前方围岩的三维超前变形规律及应力响应;对正交模型试验数据进行敏感性分析,归纳影响最大超前变形及其范围的显著因素;根据掌子面围岩超前变形及土压力变化规律,将掌子面前方地层划分为三个区域:Ⅰ区域(0～0.5D)为以超前变形为主控因素的危险区域,该区域内围岩变形急剧增加,同时土压力迅速释放;Ⅱ区域(0.5D～D)为过渡区域,该区域内围岩变形逐渐增加,竖向压力逐渐释放,且呈现加速趋势;Ⅲ区域(D～1.5D)为地层受扰动影响区域,围岩变形与土压力变化相对较小但均呈现增加趋势;(3)以地铁四号线工程某标段为背景建立数值计算模型,工况包括暗挖隧道不同工法(两台阶留核心土法和全断面法)、有无加固措施,结合计算数据和工程监测数据对比验证超前变形规律,分析了控制措施对超前变形的控制效果。