基于实测数据的穿越软塑黄土层大断面隧道围岩与支护动态作用机制

摘要

选取软塑黄土层分布于隧道拱顶、洞身和隧底3组典型断面开展实测研究,分析了软塑层影响下的围岩变形特征、支护结构力学特征及其差异性,提出了基于实测数据确定支护特性曲线的方法,揭示了软塑黄土层影响下的围岩与支护动态作用机制,给出了相应的防控理念及措施。分析结果表明:隧道围岩变形由大到小依次为软塑黄土层分布于拱顶段、洞身段和隧底段;软塑黄土层分布于拱顶段支护结构拱肩和边墙脚、洞身段拱腰及其以下位置、隧底段拱部和仰拱承受较大围岩压力作用;支护结构承受主要荷载来压方向不同、围岩应力随开挖步序释放率不同及地下水渗流路径不同是3组断面支护结构应力存在差异的直接原因;软塑黄土层分布于拱顶和洞身段时,围岩超前应力释放率约为35%,上台阶开挖支护结构力学性能迅速恶化,软塑黄土层分布于隧底段时,下台阶开挖软塑黄土层对支护结构将产生显著影响;针对上述3类工况,提出的强支护、控侧压和防突沉的防控理念及超前帷幕注浆、大锁脚和基底袖阀管注浆等施工控制措施可有效避免施工灾害的发生。