某软岩地铁隧道塌方事故分析及施工安全步距优化

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随着我国轨道交通建设的大力发展,穿越软弱围岩等不良地质区域的隧道越来越多,软岩段隧道施工塌方事故频发,影响隧道施工安全、进度和经济效益,如何在软岩隧道施工中及时避免塌方事故发生,成为亟待解决的重要技术难题之一。本文依托广州市某软岩地铁隧道塌方事故案例,分析隧道发生塌方事故的原因,并对隧道坍塌段进行施工方法比选与安全步距优化研究,主要做了如下工作:(1)应用PLAXIS3D对隧道坍塌段进行模拟开挖,分析围岩应力变形及破坏情况,同时结合隧道的自然因素、施工因素和设计因素,对隧道产生塌方的原因进行分析。结果表明:a)根据数值模拟结果,隧道开挖过程中掌子面前方土体存在应力集中区,挤出变形较大,掌子面极不稳定;隧道掘进过了监测断面一定距离后,围岩变形速率没有得到控制,初支结构未有效支撑围岩;地下水位上升加剧围岩的变形破坏。b)从自然因素上分析,围岩级别低,地质条件较差则是塌方的主要原因。c)从地下水影响分析,连续强降雨导致地下水位上升,围岩强度降低,水压力增加,加剧了围岩的变形破坏。d)从施工方案分析,施工方法选择不当、初期支护和超前支护设计强度不足以及施工安全步距过大导致施工过程中未能控制围岩变形。(2)提出采用对围岩变形控制能力更优的CRD法开挖的施工方案,并结合实际工程地质条件与隧道设计图,选择合理参数,对隧道坍塌段采用CRD法进行开挖模拟,并分析围岩应力分布及变形规律,将CRD法开挖的模拟工况与三台阶法开挖的模拟工况进行对比,进行综合评价得出:CRD法开挖减小了对围岩的扰动和破坏,优化了对围岩变形的控制能力。(3)结合隧道实际支护条件、施工方法、和工程地质条件,并考虑极端降雨导致地下水位上升的影响,求出隧道坍塌段仰拱、二衬施作与掌子面的最优间距,并对优化之后的安全步距进行效果评价,总结得出:极端降雨条件下,三台阶法开挖二衬与掌子面最优施工步距为55m,仰拱与掌子面最优施工步距为25m;CRD法开挖二衬与掌子面最优施工步距为75m,仰拱与掌子面最优施工步距为37.5m。采用最优施工步距对隧道进行开挖,围岩、锚杆和初支均处于稳定状态。研究成果可供同类型隧道施工参考借鉴。
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