極不穩(wěn)定隧道圍巖超前破壞機制與安全性評價.pdf

1、“極不穩(wěn)定圍巖”是指在現(xiàn)有交通隧道開挖尺度下“自穩(wěn)時間”為零的圍巖。在施工過程中，這類圍巖掌子面前方極易發(fā)生失穩(wěn)破壞，有時伴隨著較大的圍巖超前變形，但由于破壞過程、機制及程度的不同，對隧道施工安全的影響具有顯著差異，進而使得隧道安全性控制的難度、方式及效果也相差懸殊。因此，對其進行安全性評價和分級是非常必要的，這不僅是隧道施工方案選擇的依據(jù)，也是安全性控制和工程建設管理的基礎性工作。
　　本文圍繞極不穩(wěn)定圍巖安全性評價展開系統(tǒng)的研

2、究。首先，從極不穩(wěn)定圍巖超前破壞的模式出發(fā)，基于超前破壞機制的深入分析，提出隧道圍巖超前破壞預測方法，并對其影響因素進行分析，為極不穩(wěn)定圍巖安全性評價提供依據(jù);基于極不穩(wěn)定圍巖荷載特點分析，明確極不穩(wěn)定圍巖安全評價中應考超前變形程度的必要性;最后，提出地層可加固性評價指標及極不穩(wěn)定圍巖安全性的評價方法。主要開展工作及研究成果如下:
　　(1)研究了極不穩(wěn)定圍巖超前破壞演化規(guī)律，從圍巖破壞性質及表現(xiàn)形式的角度出發(fā)，提出了極不穩(wěn)定圍巖

3、超前破壞的基本模式，分別為正面擠出型、前傾式冒落型和后傾式冒落型，將超前破壞模式定為極不穩(wěn)定圍巖安全性評價的核心指標，并揭示了相應的破壞機制。正面擠出型破壞發(fā)展初期以拉破壞為主，破壞發(fā)展后期以拉剪破壞為主;前傾式冒落型破壞發(fā)展的各個階段均以拉剪破壞為主;后傾式冒落型破壞發(fā)展初期以拉剪破壞為主，破壞發(fā)展后期以拉破壞為主。
　　(2)基于突變理論，綜合運用二分法和曲線擬合技術，提出了圍巖超前破壞范圍預測方法，并對其影響因素進行系統(tǒng)的研

4、究，確定圍巖超前破壞的縱向范圍及豎向范圍作為極不穩(wěn)定圍巖安全性評價的另外兩個關鍵指標。
　　(3)綜合考慮超前預加固及掌子面空間約束作用的影響，提出極不穩(wěn)定圍巖荷載計算方法。重點分析了不同圍巖條件下及不同超前預加固方式作用下的荷載特點，將圍巖超前變形定為極不穩(wěn)定圍巖安全性評價主要考慮的因素。
　　(4)揭示了極不穩(wěn)定圍巖可加固性的內涵，分析了不同類型圍巖的可加固性，提出了包括變形量的降低率、破壞區(qū)的減小率及地層可注性在內的圍