為研究富水砂層影響下隧道圍巖的變形破壞機(jī)制,文章以某城市地鐵M2號線某區(qū)間隧道為研究背景,考慮了流砂層厚度、隔水層厚度、地下水位、隔水層粘聚力和內(nèi)摩擦角五大類因素影響,設(shè)計(jì)了25種對比方案,開展了數(shù)值模擬對比研究,得到了不同因素對圍巖變形破壞機(jī)制的影響規(guī)律及各因素影響敏感程度,給出了相應(yīng)工程建議措施。結(jié)果表明:對于上覆富水砂層隧道,拱頂是圍巖變形破壞的關(guān)鍵部位;隨隔水層厚度、粘聚力及內(nèi)摩擦角增大,頂部圍巖變形量及塑性區(qū)面積不斷減小,而隨流砂層厚度增大或地下水位上升,頂部圍巖變形量及塑性區(qū)面積則不斷增大;隔水層厚度及粘聚力是影響此類地層條件隧道圍巖變形破壞的顯著性因素,一方面在隧道線路設(shè)計(jì)中應(yīng)保證拱頂留設(shè)足夠的隔水層安全厚度,另一方面可通過對隔水層進(jìn)行注漿加固的方式,提高此類地層條件隧道圍巖的穩(wěn)定性。 

【文章來源】：現(xiàn)代隧道技術(shù). 2020,57(04)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

地鐵隧道施工引起路面塌陷

根據(jù)現(xiàn)場勘察報告及工程實(shí)際，選取該區(qū)間隧道某典型斷面進(jìn)行數(shù)值模擬研究，構(gòu)造出相應(yīng)數(shù)值計(jì)算模型，如圖2所示。模型地層自上而下依次為素填土、流砂層、粘土層及風(fēng)化花崗巖。其中，隧道開挖直徑為r、埋深為h、流砂層厚度為t，拱頂至流砂層底部之間的隔水層厚度為d，地下水位為hw。在模擬過程中，模型前后及左右兩側(cè)采用水平位移約束，底部采用水平及豎向位移約束。待模型初始地應(yīng)力平衡后，進(jìn)行隧道開挖。模型中地下水采用各向同性滲流模型進(jìn)行計(jì)算模擬，并考慮土體顆粒的不可壓縮特性。在隧道開挖過程中，由于不考慮襯砌支護(hù)，故將隧道開挖邊界設(shè)置為透水邊界，以模擬隧道周邊圍巖的滲流破壞特征。模型中各地層材料采用Mohr-Coulomb本構(gòu)模型進(jìn)行模擬，具體物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

(1）由圖4中的各塑性區(qū)云圖可以看出，受上覆流砂層影響，不同計(jì)算方案對應(yīng)的塑性區(qū)均呈現(xiàn)出上、下分區(qū)的破壞特征，即：在隧道開挖后，流砂層內(nèi)部進(jìn)入塑性破壞狀態(tài)，同時，隧道周邊圍巖也會產(chǎn)生一定范圍的塑性區(qū)。當(dāng)隔水層厚度大于等于6 m或隔水層粘聚力超過180 k Pa時，上下分區(qū)的塑性區(qū)不會產(chǎn)生貫通，隧道頂部圍巖安全；而在其它條件下，塑性區(qū)均會產(chǎn)生貫通，隧道頂部則會產(chǎn)生透水涌砂現(xiàn)象。由此可見，適當(dāng)增加隔水層的厚度或提高隔水層粘聚力對維持隧道圍巖穩(wěn)定性具有重要作用。圖4 塑性區(qū)分布計(jì)算結(jié)果


本文編號：3221703