不同围岩级别大断面黄土隧道插刀式盾构施工变形与受力特性分析

鉴于我国高铁黄土隧道尚未采用插刀式盾构施工,作为技术储备,有必要对插刀式盾构隧道施工进行研究;因此,以西延高铁洛川隧道为工程背景,对Ⅳa、Ⅳb和Ⅴa级3种不同围岩的大断面黄土隧道插刀式盾构施工的地面沉陷、洞内水平收敛、拱顶下沉、隧底隆起和掌子面挤出变形、初期支护和锁脚锚杆受力进行分析。采用数值模拟软件ANSYS和FLAC3D相结合的数值计算方法研究插刀式盾构施工隧道变形规律与受力特性。结果显示:洛川隧道采用插刀式盾构施工的地面沉陷宽度与深度,Ⅳa和Ⅳb级围岩较接近,Ⅴa级围岩的有较大增加;拱顶下沉小于隧底隆起,拱顶下沉值和隧底隆起值随围岩变差而变大;插刀盾壳对Ⅳa、Ⅳb级围岩洞周围岩水平变形约束明显,对Ⅴa级围岩不明显;掌子面最大挤出变形,上台阶在中心偏上,下台阶在顶部区域;初期支护结构最大主压应力值均未超过喷射混凝土抗压强度;边墙锚杆大部分受拉,少数拱脚锚杆受压,受力均较小。研究成果可为下一步插刀式盾构在黄土隧道施工中的使用提供理论参考和技术支持。