富水弱胶结砂岩地层隧道施工稳定性分析

针对富水弱胶结砂岩地层隧道施工,以中兰铁路香山隧道为工程背景,通过数值模拟对不同天然水位线高度下隧道模型的渗流场和位移场进行了分析,研究了水位变化对隧道围岩稳定性的影响。结果表明:不采用降水措施进行隧道施工时,隧道出现临空面,被挖空隧道部位孔隙水压力为0,形成漏斗形渗流场,随着水位的增高,水力梯度会增大,隧道围岩位移场呈非线性增速增涨。新近系弱胶结砂岩在自身胶结性较弱、处在自然水位线下的Ⅲ级弱胶结砂岩等级时,施工需考虑采用其他辅助工法如超前注浆、提前降水等配合施工。

新延安隧道层状页岩力学性能试验研究

为研究新延安隧道层状页岩的力学特性和破坏特征,分析层理面不同倾角对岩石力学参数的影响,分别进行了不同层理角度下的室内单轴压缩、三轴压缩和巴西劈裂试验及数值单轴压缩和三轴压缩试验。室内试验分析表明:峰值强度随倾角增加呈先减小后增大的趋势;抗压强度呈“U”型趋势,弹性模量呈“V”型变化。通过大量数值模拟试验拓展了室内试验范围并分别拟合了抗压强度和弹性模量随倾角变化关系式;围压的增大弱化了页岩各向异性,但随着围压的不断增大弱化程度减小;黏聚力对层状页岩强度的弱化程度远远大于内摩擦角;抗拉强度随倾角的增大逐渐减小;倾角不同层状页岩的破坏模式也不同,单轴压缩时,0°为张拉破坏,30°~60°时发生由弱面控制的沿层理面发生的剪切滑移破坏,90°时产生劈裂张拉破坏。三轴压缩时不同层理面倾角的页岩试件主要发生剪切破坏。

第三系富水弱胶结砂岩隧道施工方案对比

以中兰高速铁路(中卫—兰州)香山隧道为依托,开展了富水弱胶结砂岩隧道施工方案对比研究,通过数值模拟分析了三台阶预留核心土法、三台阶临时仰拱法和交叉中隔壁法施工对隧道、围岩稳定性的影响,并选取典型区段进行了隧道变形现场监测。结果表明:在富水弱胶结砂岩地层,三种工法均能保证隧道施工安全,交叉中隔壁法对隧道变形控制效果最好。为了保证施工进度,考虑到大型机械作业方便,香山隧道穿越砂岩区段采用三台阶预留核心土法施工。现场监测结果与数值模拟结果基本一致,说明数值模拟可靠。对于掌子面自稳性差的富水砂岩地层,建议采用交叉中隔壁法施工。