大倾角断层不良地质下TBM隧道稳定性分析 - 王利明 (煤炭学报, 2024)
U45; 依托滇中引水大理Ⅰ段香炉山隧洞工程,利用自主研制的微型TBM掘进综合试验系统,开展了TBM穿越断层不良地质工况室内模型试验及数值模拟,研究高地应力下断层对TBM隧道稳定性的影响,分析总结隧道围岩应力应变变化规律及隧道破坏现象,揭示断层不良地质卡机致灾机理.研究结果表明:利用微型TBM掘进综合试验平台成功实现了高地应力条件下TBM开挖大倾角断层工况相似模拟试验,隧道成型质量好.TBM掘进过程中隧道上部围岩首先产生裂缝,当TBM掘进至两种材料交接处时拱顶产生少许掉落,在TBM刀盘整体进入断层带后,拱顶产生大范围塌方,最终形成筒仓式塌落腔,隧道结构被破坏;受断层界面上方围岩滑动影响,原岩内(交界面下方)围岩压力整体呈现先增大后减小的趋势.TBM掘进时对掌子面前方围岩压力影响范围主要在0.43D～0.50D(D为洞径),围岩压力最大增大1.19倍.隧道拱顶上方内部围岩位移随TBM掘进具有4个明显的变化阶段.上部围岩越靠近隧道轮廓线变形越大,TBM穿越断层交界面时围岩变形速率最大,对围岩内部位移影响范围主要在掌子面前方1.21D和上方1.50D以内,断层影响范围约在1.73H(H为断层交界面水平投影长度)以内.这主要是由于断层交界面上方松散围岩滑移松动,同时它极易导致TBM卡机,因此施工宜先对断层交界面处进行超前处理,降低TBM施工风险.