长大隧道对接贯通中层理面对施工安全的影响

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长大隧道快速施工是山岭隧道的重要技术课题。地形地貌环境复杂的大埋深隧道设计施工时,一般优先采用增加横洞进行正洞施工的对接贯通方案,达到快速施工目的。在高地应力片状岩体条件下,对接施工方向与层理面的相对几何关系对隧道变形和支护受力有显著影响。为了提高对接贯通施工安全性,将层理面倾角、走向等的影响作为合理确定贯通施工方案的评价因素,具有重要的工程实际意义。本文以成兰铁路跃龙门隧道为工程依托,研究长大隧道对接贯通施工中层理面对施工安全性的影响。利用FLAC3D有限差分软件,对高地应力片状岩体条件下隧道施工过程进行三维数值模拟,针对层理面走向垂直于隧道掘进方向、层理面走向平行于隧道掘进方向和层理面倾角为90°三种情况下,隧道施工过程中隧道变形和支护受力等方面进行对比分析。重点讨论层理面走向垂直于隧道掘进方向时,不同层理面倾角对隧道变形和支护受力的影响分析。结合跃龙门隧道右线对接贯通段两台阶施工的现场工况,通过三维数值模拟计算,提出了有利于提高隧道施工安全性的对接贯通方案。主要成果如下:(1)层理面走向垂直于隧道掘进方向而倾角不同时,层理面的影响主要体现在隧道的拱顶区域与拱底区域,对隧道左右边墙区域影响不大。且逆层开挖时,层理面对拱底的影响大于拱顶;顺层开挖时,层理面对拱顶的影响大于拱底。当层理面为缓倾(倾角为0~30°)时,倾角的变化对拱顶沉降与拱底隆起影响非常明显;当层理面倾角大于30°时,其影响轻微;当层理面倾角超过70°时(层理面为陡倾),基本无影响。(2)层理面走向平行于隧道掘进方向而倾角不同时,隧道内空断面的变形呈现出明显的不对称,拱腰收敛最大值不随层理面倾角变化而变化,但最大拱腰收敛方向随层理面倾角变化改变,并与层理面垂直。(3)层理面倾角为90°而走向与隧道掘进方向不同时,层理的影响主要体现在隧道的左右拱腰区域,对隧道拱顶区域与拱底区域基本无影响。当层理面走向与隧道掘进方向呈小角度相交时(走向为0~30°)时,层理面走向对左右拱腰均有明显影响;当层理面走向与隧道掘进方向所呈角度大于30°时,其影响轻微;当层理面走向与隧道掘进方向呈大角度相交(走向为70~90°)时,基本无影响。(4)片状岩体层理面走向垂直于隧道掘进方向条件下采用两台阶开挖对接贯通施工时,层理面倾角对拱底隆起的影响远大于对拱顶沉降的影响。且顺层开挖时,由于层理面的存在,贯通过程中会对停止施工一侧距贯通面1倍洞径范围内的拱顶和0.5倍洞径范围内的拱底有明显的扰动作用;逆层开挖时,由于层理的存在,贯通过程中会对停止施工一侧距贯通面0.5倍洞径范围内的拱顶和1倍洞径范围内的拱底有明显的扰动作用;且贯通施工一侧开挖对停止施工一侧扰动的程度十分显著,且扰动量随层理面倾角的增大而减小,即缓倾岩层中停止施工一侧受扰动程度要大于陡倾岩层。在进行片状岩体长大隧道对接贯通施工时,应优先采取顺层方向进行对接贯通,并需要对停止施工一侧支护进行加固。
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