深部复合地层TBM开挖扰动模型试验研究

作     者：史林肯 周辉 宋明 卢景景 张传庆 路新景 SHI Lin-ken;ZHOU Hui;SONG Ming;LU Jing-jing;ZHANG Chuan-qing;LU Xin-jing

作者机构：中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049 中交第二公路勘察设计研究院有限公司湖北武汉430056 黄河勘测规划设计有限公司河南郑州450003 

基　　金：国家自然科学基金(No.41941018,No.51709257) 国家重点基础发展研究计划项目(973计划)(No.2014CB046902) 

出 版 物：《岩土力学》 (Rock and Soil Mechanics)

年 卷 期：2020年第41卷第6期

页      码：1933-1943页

摘      要：针对全断面隧道掘进机(TBM)开挖过程掌子面岩体软硬交替变化的特点,以兰州水源地建设工程为背景,采用模型试验与数值模拟方法研究了复合地层TBM开挖过程隧洞围岩的动态响应规律。通过开展相似配比试验配制了不同围岩强度比的复合地层岩体相似材料,运用光纤光栅技术全程捕捉了隧洞开挖过程复合地层应变演化规律,并分析了隧洞围岩的宏观破裂形态。模型试验结果表明:TBM推进过程中复合地层应变变化规律体现了掌子面推进的空间效应,软岩部分应变要大于硬岩部分应变,且随着开挖步数的增加两种岩层应变差值越大;隧洞内岩体完全挖除后,围岩宏观破裂形态表明因复合地层岩体物理力学性质的差异,上覆软岩变形破坏较为严重,破裂和变形较为显著,在软、硬岩层交界面出现"变形不协调"现象。选取工程沿线某洞段的地质力学参数,基于破坏接近度(FAI)指标评价了隧洞开挖过程中复合地层围岩的稳定性,数值结果表明:开挖过程软岩中FAI变化较为明显,塑性区和破坏区分布范围更广,而下部硬岩受开挖扰动影响较小,只有拱底小范围岩体进入破坏状态。模型试验和数值结果均说明交替变化的掌子面岩体在开挖过程中其围岩在变形破坏等规律方面存在明显差异,因此,TBM在复合地层施工可采取重点部位监测预警、提前采取相应措施等手段,减少或避免卡机事故的发生。该研究成果对于指导复合地层TBM施工具有一定的借鉴和指导意义。

主 题 词：复合地层 模型试验 全断面隧道掘进机(TBM) 输水隧洞 破坏接近度 数值模拟 

学科分类：081406[081406] 08[工学] 0814[工学-地质类] 082301[082301] 0823[工学-农业工程类] 

核心收录：

D　O　I：10.16285/j.rsm.2019.1014

馆 藏 号：203955874...