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随着我国高速公路的快速发展,隧道工程的应用也越来越广泛,因此,隧道工程也成为山区高速公路建设的控制性工程。而隧道围岩稳定性研究是隧道设计和施工的基础,在隧道工程中起着十分重要的作用,正确及时地对隧道围岩稳定性做出准确的分级和评价,是经济合理地进行围岩支护加固设计、快速安全施工以及高速公路隧道安全运营必不可少的条件。因此,只有以定性分析为基础,结合定量或半定量分析,综合分析现有的隧道围岩稳定性评价系统,采用适合具体隧道及其相似工程的稳定性评价系统,才能对隧道工程作出实践意义上的评价。
因此,本文以乌池坝隧道为工程实例,沪蓉西高速公路是连接成都和上海的中国东西交通主干道之一,而乌池坝隧道则是沪蓉西高速公路公路恩施到利川段的控制性工程之一,隧道区工程地质条件较为复杂.在本文研究中,以乌池坝隧道围岩的稳定性评价分析为研究主线,以指导该隧道设计施工为目的。首先,通过现场调研、现状分析,查清乌池坝隧道的工程地质条件,为选择该隧道围岩的分级方法提供宏观依据,其次,在对隧道围岩变形破坏机制分析的基础上,利用工程地质分析方法对隧道围岩进行了工程地质评价分析,紧接着采用定性定量分析相结合的方法,对隧道围岩进行了定量分级,最后采用地质力学分析和数值模拟方法进行验证和补充分析;最终完成了乌池坝隧道围岩的评价分析,主要内容如下:
(一)通过现场地质调研,并充分收集隧道地勘相关勘察资料,查清了乌池坝隧道的的工程地质条件,并重点分析了乌池坝隧道岩性、构造和地下水特点,为其后的分级提供了充分的地质模型资料;
(二)结合乌池坝隧道工程地质条件,本文对隧道围岩的变形破坏机制进行了分析和探讨,并在此基础上分析总结了影响隧道围岩稳定性的主要影响影响因素,再结合己开挖段围岩的工程地质特征及其变形破坏方式,确定了该隧道围岩变形破坏的基本变形破坏方式,即掉块型、拱顶塌落型和侧壁滑落型等三种,而乌池坝隧道围岩的破坏方式则以拱顶塌落和掉块为主;
(三)通过对目前国内外常用的隧道围岩分级方法的介绍分析,结合乌池坝隧道工程实际,本文采用我国公路隧道设计规范公路隧道围岩BQ分级方法,利用定性定量两步分级法对乌池坝隧道进行了分级,最后得出该隧道围岩级别为Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ级,且以Ⅲ级围岩为主;
(四)在隧道围岩分级的基础上,针对该隧道特点和工程设计要求,对Ⅲ级围岩应用块体理论对规则四面体状块体进行了几何分析,得出拱顶直接塌落和局部掉块是乌池坝隧道Ⅲ级围岩区域不稳定块体的主要失稳破坏方式。这就对隧道围岩工程地质分析和分级进行了验证和补充研究,并确定需要在设计施工时进行加密锚杆支护:
(五)采用数值模拟计算分析方法,选取乌池坝隧道出口段围岩进行了模拟分析,并得出在该段也即该类型隧道围岩中,其变形破坏部位主要集中在隧道围岩拱顶处,破坏方式以拱顶塌落为主的结论.
采用围岩分级、块体理论分析、数值模拟等方法手段完成了乌池坝隧道稳定性研究,可为该隧道的设计施工和地质超前预报提供工程地质依据,具有较强的工程应用价值。