隧道下穿采空区初期支护围岩变形及受力研究

为研究隧道下穿煤层采空区影响下围岩变形和支护构件受力规律,以郑(州)-太(原)高速铁路太(原)-焦(作)段控制性工程——皇后岭隧道为工程背景,开展数值分析以及现场监测,对比隧道常规段、下穿采空区段围岩位移、拱架受力以及围岩接触压力。结果表明:采空区对隧道围岩位移存在一个高度影响范围,约1.81~2.29倍的隧道洞径;上、中、下台阶开挖引起的拱顶位移比重为6∶2∶2,上台阶开挖属于重点监控时期;围岩变形的稳定时间为35~40 d。拱架整体受压,下穿采空区段拱架轴力均值约为常规段拱架的2倍,轴力分布离散率约为常规段拱架的5倍。下穿采空区段拱架轴力分布非对称显著,拱顶为承担围岩压力的关键部位;常规段拱架轴力整体分布均匀性良好。下穿采空区段围岩接触压力非对称现象显著,常规段围岩接触压力近似对称分布。围岩接触压力均值变化规律不同,稳定后大小基本相同。下穿采空区段围岩接触压力分布离散率约为常规段的1.5倍。常规段围岩接触压力分布形态先于拱架轴力保持稳定,隧道下穿采空区段的情况则相反。研究结果为隧道穿越采空区围岩稳定性分析提供了参考。