地形與地質(zhì)構(gòu)造偏壓隧道結(jié)構(gòu)受力分析

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1、第29卷第5期中外公路2042009年10月文章編號(hào):1671-2579(2009)05-0204-04地形與地質(zhì)構(gòu)造偏壓隧道結(jié)構(gòu)受力分析12高世軍,張學(xué)民(1.貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院,貴州貴陽550001;2.中南大學(xué))摘要:通過對貴州三凱高速公路松皆雅隧道工程地質(zhì)情況的現(xiàn)場調(diào)查,對隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)壓潰機(jī)理進(jìn)行了理論分析,并提出了相應(yīng)加固處治方案。結(jié)果表明,地形偏壓和地質(zhì)構(gòu)造偏壓的復(fù)合作用是引起地表巖體開裂和支護(hù)結(jié)構(gòu)壓潰破壞的主要原因,在地形偏壓不顯現(xiàn)的情況下,順傾地質(zhì)構(gòu)造偏壓對隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)受力和變形起著控制作用。針對不同偏壓情況,提出了地表錨索、抗滑樁加固和洞內(nèi)支護(hù)加強(qiáng)相結(jié)合的綜合治理方

2、案,應(yīng)用實(shí)踐證明了處治方案的合理性,可供類似隧道工程參考。關(guān)鍵詞:隧道工程;地形偏壓;地質(zhì)構(gòu)造偏壓;壓潰機(jī)理;地層加固1引言2工程概況所謂偏壓隧道,就是指由于種種原因引起圍巖壓松皆雅Ⅱ號(hào)隧道位于貴州省三凱高速公路段,隧力呈明顯的不均勻性,從而使支護(hù)結(jié)構(gòu)受偏壓荷載的址穿過兩個(gè)山梁及一個(gè)溝谷洼地,為雙線單洞隧道,左隧道。根據(jù)引起偏壓來源的不同,可將偏壓隧道分為:洞長535m,右洞長430m,隧道中軸線相距40m。隧地形引起的偏壓、地質(zhì)構(gòu)造引起的偏壓、施工原因引起道洞口段里程ZK122+310～ZK122+405,為淺埋、嚴(yán)重偏壓段,長達(dá)100m。的偏壓,其中地形偏壓隧道最為常見。本隧道橫穿一發(fā)育向

3、斜,受向斜構(gòu)造影響,隧道區(qū)對于地形偏壓和地質(zhì)構(gòu)造偏壓,一旦隧道空間位巖層產(chǎn)狀變化大。隧道進(jìn)口向斜NE翼巖層產(chǎn)狀:置確定,由于地形或地質(zhì)構(gòu)造原因產(chǎn)生的地形偏壓或N20°～25°E/NW∠30°～45°,隧道出口向斜SW翼巖地質(zhì)構(gòu)造偏壓也就確定了,要想改變偏壓的影響具有層產(chǎn)狀:N10°～20°E/SE∠40°～45°。出露地層為前震相當(dāng)?shù)碾y度,必須采取相應(yīng)的技術(shù)措施加以解決。而旦系上板溪群的老地層,受后期多次構(gòu)造作用破壞,巖由不同的施工方法和施工順序所產(chǎn)生的施工偏壓是可體節(jié)理裂隙十分發(fā)育,其工程地質(zhì)特性主要受裂隙影以控制的。在隧道地形和地質(zhì)構(gòu)造偏壓已經(jīng)確定的情響和控制。工程區(qū)出露地層由新到老主要有

4、:①第四況下,盡可能采用合理的施工方法和施工順序,可以在系覆蓋層,主要為黑色腐殖土、黃色粘土夾碎塊石及碎一定程度上減小地形和地質(zhì)構(gòu)造偏壓對結(jié)構(gòu)和巖體應(yīng)石土,在隧道區(qū)廣泛分布,厚0～2.60m;②基巖,主要力和變形的影響。目前,國內(nèi)對偏壓隧道的研究主要為前震旦系上板溪群清水江組第二段的黃色、淺灰色及局限于地形偏壓隧道。而對于地質(zhì)構(gòu)造引起的偏壓,灰色薄至中厚層硅質(zhì)膠結(jié)變余石英夾砂巖,節(jié)理裂隙十亦開始引起國內(nèi)外學(xué)者的高度重視。但對于隧道同時(shí)分發(fā)育,巖體不均一風(fēng)化及差異性風(fēng)化特點(diǎn)明顯,一般存在地形偏壓和地質(zhì)構(gòu)造偏壓的工況研究較少。垂直風(fēng)化深度為10.0～15.80m,最深可達(dá)21.60m。本文針對松皆

5、雅Ⅱ號(hào)隧道施工中出現(xiàn)的襯砌壓潰和山體開裂等問題,在分析該隧道工程地質(zhì)條件基礎(chǔ)3隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)壓潰機(jī)理分析上,通過討論地形偏壓和地質(zhì)構(gòu)造偏壓對隧道受力和變形特征的影響,分析了隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)壓潰和山體開3.1隧道結(jié)構(gòu)與山體破壞情況裂的原因和機(jī)理,并提出了相應(yīng)加固處理方案。通過對隧道洞口段ZK122+310～ZK122+405收稿日期:2009-03-25基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(編號(hào):50808178)作者簡介:高世軍,男,碩士,高級(jí)工程師.2009年第5期高世軍,等:地形與地質(zhì)構(gòu)造偏壓隧道結(jié)構(gòu)受力分析205范圍進(jìn)行現(xiàn)場復(fù)測,實(shí)測地形橫斷面和地形平面圖如法,建立力學(xué)模型,分別定性分析了地形偏

6、壓和地質(zhì)構(gòu)圖1、2所示。隧道洞口段地形偏壓較為嚴(yán)重,地表傾造偏壓對隧道結(jié)構(gòu)受力和變形特征的影響。角約45°,隧道外側(cè)最小埋置深度8m左右,其中局部3.2地形偏壓對隧道結(jié)構(gòu)受力和變形的影響最小埋深僅3～5m。為了比較地形偏壓和地質(zhì)偏壓的不同作用機(jī)理,對于地形偏壓,將地層等效為各向同性均質(zhì)巖體。根據(jù)工程地質(zhì)資料和公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范,確定土層與支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù),采用FLAC2D軟件,建立地形偏壓作用下單洞力學(xué)模型,圍巖服從M-C屈服準(zhǔn)則,初始應(yīng)力僅考慮自重應(yīng)力。初期支護(hù)及二次襯砌均采用梁單元。隧道開挖瞬間應(yīng)力釋放為20%,初支完成后釋放20%,二襯施作后釋放60%。圖3是二次襯砌彎矩分布規(guī)律。圖1隧道洞口

7、ZK122+370順傾偏壓地形橫斷面圖3二次襯砌彎矩分布規(guī)律從圖3可知,二次襯砌彎矩分布沿隧道斷面變化圖2隧道洞口段平面地形圖極不規(guī)則,由于地形偏壓作用,彎矩沿隧道中線呈不對2003年7月開工后,隧道上半斷面掘進(jìn)12m時(shí),稱分布,左右兩側(cè)彎矩作用方向相反,與無偏壓情況的隧道結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了明顯的不收斂變形,山體逐步出現(xiàn)較隧道內(nèi)力分布截然不同,支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生整體向右側(cè)的大的縱向裂縫,隧道內(nèi)部支護(hù)結(jié)構(gòu)同樣也發(fā)