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乌鞘岭深埋长隧道地质条件复杂,处于高地应力条件下,通过四条区域性断层破碎带及志留系千枚板岩,围岩变形破坏相当严重,给工程施工带来较大难度。乌鞘岭隧道围岩及其对支护体系作用力分布具有明显的时间及空间分布特征。结合乌鞘岭的现场调研以及丰富的试验、测试及监测资料,同时查阅国内外较多类似地下工程的资料,认为在高地应力条件下软弱围岩的流变性是由围岩结构调整引起的,围岩变形及其时空分布特征是围岩结构调整的综合体现。围岩结构调整分为两个阶段:第一阶段调整是使结构面闭合,增加岩体的强度以与外界应力环境相适应;当围岩结构面以最优的组合尚不能适应调整后的应力状态时,围岩将主动让压,发展新的裂隙以释放应变能,这就是围岩的第二阶段的结构调整。这两阶段有着本质的不同,第一阶段力图充分发挥围岩强度,而第二阶段力图选择一条使赋存于围岩的应变能最大限度释放的途径。第二阶段对第一阶段的结构面具有一定程度的继承及改造作用,也具有根本不受第一阶段影响的特征。应力与围岩强度的大小关系是围岩结构是否进行调整的依据。对不同支护参数下围岩实测变形进行对比发现,适当拉大刚性支架的间距有利于发挥围岩—支护体系的共同作用;柔性锚杆对控制围岩变形起着积极作用;洞形是影响围岩变形的一个重要因素;仰拱使支护体系封闭成环,有利于控制围岩大变形。
此外,乌鞘岭隧道工程涉及了不同工况下软弱围岩的群洞效应问题。数值分析表明,乌鞘岭隧道工程中,后施工的洞室对先期洞室有一定程度的影响,但并不会导致工程完全失稳,洞室间距完全满足工程要求。墙腰的位移随岩层倾角的增大而减小。拱顶位移整体上表现为随倾角的增加而增大。岩层走向与洞轴线夹角较小时,拱顶位移均较大,对洞室稳定越不利。倾角小于45°时,墙腰位移随岩层走向与洞轴线夹角增加而以较快的速度减小,拱顶位移仅少量变化;岩层倾角大于45°时,墙腰位移随岩层走向与洞轴线夹角增加而仅有小幅度的增加,拱顶位移却随之增大而迅速减小。
最后,通过数值计算方法,研究了地形对地应力场及温度场的影响。随着地形起伏差的增大,其对构造成因应力场、自重成因应力场及温度场的影响深度均增大;随着地形坡度角的增加,其对构造成因地应力及自重成因地应力的影响深度逐渐减小,而对温度场的影响却表现为先增加后减小。