高原铁路极高地应力环境隧道主动支护设计方法研究

• 作者: 田四明 吴克非 刘大刚 王明年 王志龙 董宇苍
• 来源期刊: 铁道学报
• 学科: 交通运输
• 关键词: 高地应力软岩 高地应力硬岩 挤出变形 超前支护 洞身支护 主动支护
• 年，卷（期）: 2022,（3）
• 页码范围: 39-63
• 页数: 25页
• 分类号: U25
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.1001-8360.2022.03.003

摘要

目前高能地质环境隧道支护结构的设计仍是隧道领域一大难题,主要包括高地应力软岩与高地应力硬岩支护结构设计问题,而支护结构设计的合理与否是保证隧道稳定性的关键,加之高原铁路高能地质环境隧道段占比较大,故需对高能地质环境隧道设计问题进行深入研究.首先在现有研究成果基础上,对我国铁路隧道设计理论及设计方法进行了系统性总结,并对高能地质环境下隧道的研究进行分析.针对高地应力软岩隧道修建技术难题,提出高地应力软岩隧道变形主动控制设计理念,并以掌子面为界限,提出掌子面超前变形控制及洞身收敛变形控制的全变形控制设计原则;通过理论分析,利用空腔球模型,基于Mohr-Coulomb准则,推导建立深埋隧道掌子面挤出变形解析解,提出高地应力软岩隧道超前支护(掌子面注浆、掌子面锚杆)设计方法;同时,采用弹性力学、塑性增量理论与有限差分原理,考虑软岩非线性变形与强度特性的力学参数变化模型,推导出考虑软岩非线性变形与强度特性的围岩应力、位移有限差分解析解;并基于收敛约束法,建立洞身支护结构设计方法;其次,针对高地应力硬岩隧道设计施工难题,从能量释放角度推导岩爆隧道的冲击荷载计算方法,组合松散荷载,给出岩爆隧道的荷载计算模型及支护结构设计方法.最后,论述大型机械化配套施工、支护结构高质量施作技术是保证隧道稳定性的前提,规划建设过程中应予以重视.研究成果旨在为高原铁路高能环境隧道超前支护设计及洞身支护设计提供理论基础,以期进一步提升我国高能地质环境隧道变形(岩爆)主动控制技术水平.