Ⅳ级砂岩隧道开挖掌子面与土体变形规律研究

以中兰铁路香山隧道为例,模拟开展隧道三台阶法开挖试验,通过分析掌子面前方土体不同位置受力响应特征以及掌子面挤出位移形态,研究掌子面变形演化机制。所得结果表明:1)在隧道未开挖部分土压力变化中,距离掌子面越近,土体变化越复杂,土体变形影响因素基本由挤压转变为密实度减小引起的松动,距离掌子面越远,则主要为土体挤压影响;2)隧道开挖部分土压力变化曲线呈“台阶状”,规律较为明显,随着隧道开挖,土压力逐渐稳定;3)采用三台阶模拟开挖时,土压力响应与掌子面挤出变形相对应,并且在距离掌子面1倍洞径处下台阶的开挖会引起掌子面变形;4)三台阶法施工只留下台阶时掌子面变形难以限制,需要保留中下两个台阶。研究成果可为隧道开挖时掌子面与土体受力变形提供参考。