含水率对全风化红砂岩地层隧道围岩变形影响研究

全风化红砂岩胶结程度极差,水敏感性高,遇水易软化崩解,隧道开挖过程中极易产生大变形,探究含水率对该地层隧道施工影响极有必要。以蒙华铁路阳城隧道为依托,通过现场试验、室内试验及数值模拟对全风化红砂岩隧道在不同含水率下的变形特征进行研究,并针对性提出加密降水措施。研究结果发现:全风化红砂岩存在最优含水率,当围岩含水率在12.74%左右时,围岩岩性较好;数值模拟显示围岩处于最优含水率时,围岩变形最小。由天然含水率加密降水至最优含水率附近可有效减少围岩变形量,降低幅度可达40%~50%;现场采取加密降水后能有效控制围岩变形,实测值与数值模拟值拟合较好,最大偏差10%左右,证实数值模拟有相当可靠度。

全风化红砂岩隧道支护结构安全性研究——以浩吉铁路阳城隧道为例

为进一步探究全风化红砂岩地层条件下隧道开挖过程中的支护结构受力特征,依托浩吉铁路阳城隧道进行现场监测,基于监测结果对支护结构的安全性进行研究。研究结果表明:1)围岩偏压严重且有向洞内挤压的趋势,三台阶施工及复合式衬砌能够保证隧道结构的稳定性。2)初期支护与二次衬砌间的最大接触压力值仅为围岩与初期支护间最大接触压力值的22.4%,初期支护承担荷载大于二次衬砌,二次衬砌主要作为安全储备。3)喷射混凝土最大压应力为极限强度值的41.3%,最大拉应力为极限抗拉强度的88.0%,格栅钢架最大压应力为极限抗压强度的53.8%,二次衬砌最不利位置的安全系数为28.55,支护结构具有较大的安全储备。4)喷射混凝土和格栅钢架的协调性较好,实际工程中可充分利用初期支护对围岩变形进行控制。

全风化红砂岩地层隧道掌子面变形特征及控制技术研究

为解决全风化红砂岩地层隧道在开挖过程中出现的掌子面失稳问题,以浩吉铁路阳城隧道为工程依托,利用现场调研、室内试验以及数值模拟等多种研究方法,对全风化红砂岩地层隧道掌子面的变形特征及控制技术进行系统研究。结果表明:1)掌子面挤出位移主要集中在掌子面高度3~10 m的位置,掌子面最大挤出位移出现在上台阶和中台阶交界位置。2)拱顶沉降主要发生在已开挖段和掌子面前方约1倍洞径处,其预变形量占总变形量的比值均在40%以上,最大达到78.33%。3)掌子面前方核心土挤出变形曲线的变化趋势从快速减小到缓慢减小,直至减小为零,大致将其分为强影响区、弱影响区和无影响区3个区间,影响范围为5.8~19.2 m。4)阳城隧道采用超前水平旋喷桩和三台阶预留核心土法可以较为有效地控制掌子面的挤出变形,实际施工中,建议在采取降水措施的情况下将2种控制措施配合使用。

穿越古冲沟多种地层的隧道初期支护内力及变形规律初探

阳城隧道穿越古冲沟,经历黄土地层、土砂分界地层、全风化红砂岩地层等,施工过程中出现初期支护大变形、开裂等病害。文章基于室内基本力学试验,以现场监控量测为主,辅以数值试验对穿越古冲沟多种地层的隧道支护结构变形及受力特性进行初步探究。研究结果表明:虽然砂质黄土粘聚力更大,但全风化红砂岩的压缩模量和内摩擦角却更大;土砂分界地层的洞周位移值复杂多变,介于砂质黄土地层和全风化红砂岩地层位移值之间。全风化红砂岩地层拱脚处以及土砂分界地层分界面位置处初期支护会出现拉应力,施工时需要加以注意;数值试验变形规律与现场实测结果相同,与黄土地层和红砂岩地层不同,在土砂分界地层中分界面上部初期支护最小主应力要大于其它位置,而分界面处的最大主应力略大于拱脚处。