隧道稳定性空间位移判别方法研究

近年来随着国内基础设施建设步伐的加快，长大隧道不断涌现，软岩大变形问题日渐突出。针对软岩隧道，开展系统的大变形控制技术研究、建立科学合理的施工过程管理体系，已成为当今隧道工程界紧迫的任务之一。其核心内容是研究提出一套符合我国隧道施工特点的、科学实用的软岩大变形隧道稳定性判别技术。本项目拟采用理论分析、模型试验并结合国内在建典型工程的现场试验结果，针对软岩隧道开展以下内容研究：(1)隧道施工过程物理场的空间演化规律研究；(2)隧道施工过程围岩三维空间稳定性关系研究；(3)隧道支护结构的承载能力和失稳形态研究；(4)隧道稳定性空间极限位移研究；(5)隧道施工位移管理基准研究。通过研究，提出软岩大变形隧道的失稳机理和失稳形态，形成系统的隧道稳定性空间位移判别技术，提升我国软岩大变形隧道修建水平。

本研究针对软岩隧道施工大变形控制中，对软岩变形空间特征研究不够系统、隧道稳定性辨识技术和变形控制技术体系不完整等目前国内外存在的问题，以铁路隧道工程为研究背景，以数值模拟、现场试验和模型试验为主要研究手段，开展了施工过程隧道空间变形规律及机制、围岩稳定性与支护结构承载力极限状态判别、隧道变形控制技术等方面的研究。通过研究，从宏观上掌握了软岩隧道施工过程中空间变形的发展、演化规律，揭示了软岩隧道掌子面前方变形、掌子面挤出变形和拱脚变形相对显著的重要特征，阐释了软岩产生大变形的内在机制；从隧道结构体系构成出发，提出了基于塑性应变突变理论的围岩稳定性判别方法、建立了软弱围岩变形管理基准；丰富和完善了软弱围岩隧道关键部位及工序的变形综合控制技术，即开挖技术、支护技术、掌子面稳定技术、拱脚稳定技术、支护补强技术、超前支护技术以及空间变形监测及反馈技术等。在软岩隧道设计理念、施工技术和众多科学问题方面取得了重大进步。