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高速铁路隧道穿越断层破碎带加固方法的

数值模拟

第2期 2010年06月 岩土锚固工程

YANTUMAOGUG0NGCHENG N0.2 June2010

高速铁路隧道穿越断层破碎带加固方法 的数值模拟

马伟斌蔡德钩张千里史存林王仲锦洛文海 (中国铁道科学研究院铁道建筑研究所)

[摘要】高速铁路隧道具有大断面的特点,其穿越断层破碎带时更易引发围岩坍塌和涌水的发生.

本文通过对某高速铁路隧道围岩的物理力学特性试验,得到其岩体力学参数,然后采用数值模拟计算

方法,分析了断层破碎带对隧道稳定性的影响程度.最后,通过对关键部位的支护进行计算,表明喷

锚支护能有效地抑制围岩位移,能保证隧道结构的稳定性. [关键词]高速铁路隧道断层破碎带喷锚支护数值模拟 断层破碎带是因地壳变动使地层岩体沿破 裂面发生明显位移或较大错动的断裂构造.断 层破碎带是断层面两侧一定宽度内,受断层影 响岩石发生破碎的地带,简称断层带.断层带 内由于岩石破碎,使岩体的整体性和强度大大 降低,为地下水活动提供了方便.铁路隧道在 开挖过程中,经常会遇到断层破碎带,断层出

露工作面时经常发生岩体沿软弱结构面滑动, 坍塌或涌水,这是事故多发的险要地段.它不 仅破坏了隧道的稳定性,而且直接影响了开挖 速度.

本文针对湖北某高速铁路隧道开挖遇断 层破碎带围岩变形破坏严重的问题,从宏观 到微观,采用了现场调查与数值计算的研究 方法,揭示了隧道开挖影响围岩稳定性的原 因,在此基础上,对比分析了断层破碎带围 岩加固前后的力学特性,验证了喷锚支护加 固方案的正确性.

1隧道断层破碎带围岩破坏特征和稳定 性影响因素

在隧道施工过程中,经常会遇到断层破碎 带,影响了施工安全和开挖速度,必须采取合理 的施工方法快速安全可靠地通过断层破碎带,防 备断层破碎带附近出现坍塌等现象.隧洞开挖时 断层破碎带围岩变形破坏的一般形式和特征为: (1)拱顶坍塌.该形式破坏大多发生在 断层破碎带,软弱夹层带,软硬岩交接带中, 而且多由这些软弱夹层为突破点逐渐发展形成 的.另外,当采用钻爆法开挖隧道时,由于爆 破临空面不足,或一次爆破量过大等往往也引 发坍塌破坏;

(2)拱腰围岩坍塌.发生在开挖过程中,

由于围岩过分破碎,松散或存在倾向洞内的岩石 结构节理滑面而坍塌;

(3)底鼓.当松软的隧道断层破碎带处于 隧道底部,则会出现隧底隆起;

(4)支护结构变形破坏的宏观显现.始自 拱腰或边墙,初始表现为喷层开裂,围岩内鼓, 崩塌,涌水等,继而有土砂流出,大块岩体错 落,围岩坍塌.

隧道围岩是一个极其复杂的地质体,与 其他工程材料相比,它具有两大特点:其一 是岩体内部含有节理,断层等各种各样的不 连续面,显着改变了岩体的强度特征和变形 特征;其二是岩体含有原始内应力,其地应 力场的大小和方向都显着影响着围岩的变形 和破坏特性.

隧道开挖后的围岩稳定性,如果没有及 时的支护,则主要取决于隧道围岩承受的载荷 与其自承能力的相对关系:围岩的承载能力大 于其承受的载荷,隧道围岩是稳定的,否则失 稳.根据围岩变形机理分析,得出影响隧道围 岩稳定性的因素主要有:隧道围岩应力,最大 水平主应力,隧道断面尺寸和形状,应力释放 的程度等. ? 18? 第2期 2010年O6月 岩土锚固工程

YANTUMAOGUGONGCHENG N0.2 June2010

2断层破碎带对隧道围岩稳定性的影响 岩体强度由于断层破碎带等结构面的存在