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基于现场实测的风积沙隧道围岩变形及支护受力规律研究(论文).pdf

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施工技术 CONSTRUCTIONTECHNOLOGY2020 年 6月 第 49 卷增刊 基 于 现 场 实 测 的 风 积 沙 隧 道 围 岩 变 形 及 支 护 受 力 规 律 研 究 李 守 宝 (中铁 十八 局集团 第一工程有限公司 ,河北 涿州 072750 ) [摘要 ]以蒙华铁路王 家湾隧道为 依托 ,对风积沙地层三台阶开挖段展开基于 现场实测 的隧道围岩变形 及支护受力 规 律研究 ,并与数值模 拟进行对 比验证,得出以下结论:拱顶、边墙及拱腰具有不同 的变形 发展模式,且变形 量分 别 受到不同 台阶的影响 ;围岩—初支接触应力再上断面施工后增 长较快,下断 面施工后 趋于稳定;钢拱架初期应力增 长很快,拱部型钢受力较大 ;超前支护对边墙以上 围岩塑性区发展有良好抑制作 用 ,随 着 向 下 开挖,边墙以下最终 形成贯通型塑性区。 [关键词 ]隧道工程 ;风积沙;现场实测 ;数值模 拟;围岩变形 ;支护受力 [中图分类号 ]U45 [文献标识码 ]A [文章编号 ]1002-8498 (2020 )S1-0614-06 StudyonSurroundingRockDeformationandSupportStressofWind-blown SandTunnelBasedonFieldMeasurement LIShoubao (ChinaRailway 18thBureauGroupFirstEngineeringCo .,Ltd .,Zhuozhou ,Hebei 072750 ,China ) Abstract :oBasedontheWangjiawanTunneloftheMenghuaRailway ,athree-stepexcavationsectionoftheaeoliansand stratumwascarriedouttostudythedeformationofthesurroundingrockofthetunnelandthesupportingforcebasedonfield measurements.Theresultswerecomparedandverifiedwithnumericalsimulations :Thedeformationdevelopmentmodeof thearchroof ,sidewallandarchwaistisdifferent ,andthedeformationamountisaffectedbydifferentsteps.Thecontact stressofsurroundingrock —primarysupportincreasesrapidlyaftertheconstructionofuppersection ,andtendstobestable aftertheconstructionoflowersection.Theinitialstressofthesteelarchincreasesrapidly ,andthestressofthearchsection islarger.Theadvancesupporthasagoodinhibitingeffectonthedevelopmentoftheplasticzoneofsurroundingrockabove thesidewall.Withtheexcavationdownward ,theplasticzoneofthroughtypewillbeformedunderthesidewall. Keywords :tunnels ;wind-blownsand.fieldmeasurement ;simulation ;deformationofsurroundingrock ;thesupporting force [作者简介 ]李守宝,工程 师,E-mail :1204490880@qq.com [收稿日期 ]2019-11-08 0 引言 近年来,随着 蒙华铁路 的修建,在内蒙至 陕 西 段 大 量隧道穿越风 积 沙 地 层。 风 积 沙 地 层 具 有 粒 径 小、黏 聚力低、抗剪 强 度 低、透 水 性 强 、无 自 稳 力 等 特 点。 在 该地 层中修建隧道时 ,发生大 量诸如衬砌背 后 空 洞、衬 砌开裂、流 沙、初 期 支 护 大 变 形 、二 次 衬 砌 开 裂 等 事 故 [1-3]。 国内 外专家学者针对风积沙地层隧道围岩 变形机 理及 支护受力规 律等领域已经 进行 了一些 研究 。 王 志 杰[4]等进行 了风积沙地层施工工法 比选及 围岩 变形 特 征研究 ,提出了适用于该地 层的优选工法 ;樊 康 佳[5]结 合现场实测 和数值 模 拟 手 段 ,对 地 表 竖 直 旋 喷 桩 加 固 条 件下的浅埋风 积沙隧道支护结构受力 特点进行 了专 门研究 ;魏杰[6]依托 毛 乌 素 沙 地 重 载 铁 路 修 建 工 程 展 开重载铁路 风积沙及水 泥改 良风积沙填筑路基 变形 特性 研究 ,得出风积 沙 及 水 泥 改 良 风 积 沙 填 筑 路 基 体 位 移场分 布规律;仇 玉 良[7]对 风 积 沙 地 层 大 跨 公 路 隧 道 超前支护效果 、工法 参数优化、围岩压力 释放 和 沉降 发 展规律进行分 析,得 出 了 风 积 沙 地 层 隧 道 开 挖 过 程 中 围岩压力的 变化 形 态、二 次 衬 砌 施 作 时 机 和 最 终 形 变 荷载大小以及沉 降 发 展 等 规 律;李 勇[8]以 嘎 拉 山 隧 道 为 依托 ,对进口 风积沙段进行进 洞施工方 案 比 选,选 择 了明 -暗挖 结合的施工方法 。 综上所述,对 于 风 积 沙 地 层 隧 道 的 相 关 研 究 已 经 取得一些 成果,但由于可依托 的工程 较少,许 多 研究 缺 乏足够的现场 数 据 作 为 基 础,导 致 研 究 成 果 的 准 确 性 和可信度较低。现场 监 测 作 为 一 种 常 见 的 研 究 手 段 , 可获得较为可靠 的 现 场 数 据,从 而 大 大 提 高 研 究 成 果 的 参考价值。基于 此,本 文 展 开 基 于 现 场 实 测 的 风 积 沙隧道围岩变形 及 支 护 受 力 规 律 研 究 ,以 期 所 得 结 论 能够为今后风积沙地层隧道设计 和施工 提供 借鉴。 4 1 6 1 工程概况 新建蒙华铁路王 家湾隧道位于陕西省延 安 市 安 塞 县境内,隧道最大埋深约 220m ,进口 里程 DK266+ 945 , 出口里程 DK274+ 233 ,全长 7288m 。隧 道 区 地 层 从 新 至 老地层岩性依 次 为:第 四 系 全 新 统 冲 洪 积 (Qdl+ pl 4 )
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