小净距重载交叉隧道围岩动力响应与超前支护机理研究

With the increasing density of traffic network in China, the number of high-risk cross-tunnels increases year by year. In this case, the small spacing crossing heavy rail tunnels are affected by the factors such as the heavy axle load, low vibration frequency, high amplitude, long duration and so on, the construction of the new underneath tunnel will bring great risk for the safe operation of the upper heavy haul railway and stability of the surrounding rock. Based on the study of vibration propagation mechanism and vibration attenuation law induced by heave haul railway trains, the model of heavy trains vibration excitation is constructed with the extracted dynamic load characteristic data. Furthermore, a stability evaluation model for the sandwich rock of crossing tunnels is established through carrying out experimental study on the dynamic arch effect of the surrounding rock under excitation loading. The stability and deformation influence law of surrounding rock in different rock properties, different spacings, different crossing angles and different advance support measures will be revealed by similarity model test and numerical simulation study, and then establish the safety assessment model of small spacing crossing heavy rail tunnels based on the deformation and stress control conditions. The project has a further study on dynamic response and advanced support mechanism of surrounding rock around the small spacing crossing heavy rail tunnels, which has significantly practical and scientific direction value.

随着我国交通线网密度逐年增加，各类高风险交叉隧道逐年增多。这其中，小净距重载交叉隧道因上部重载轴重大、振动频率低、幅值高、持时长等因素影响，交叉段下部新建隧道施工对上部既有重载线路安全运营及自身围岩稳定将产生极大风险。项目拟在重载铁路列车振动传播机理与振动衰减规律研究的基础上，基于提取动力荷载特征数据开展重载列车振动激励模型的构建。通过开展激励荷载条件下交叉段围岩动态拱效应模型试验研究，进而建立重载交叉隧道围岩夹层稳定性评价模型。通过开展多工况重载列车振动激励荷载模型的隧道下穿重载铁路隧道室内相似模型试验研究及数值仿真研究，揭示不同围岩性质、隧道净距、交叉角度、不同超前支护措施对隧道围岩稳定性及变形的量化影响规律，进而建立基于变形及应力控制条件的小净距重载交叉隧道安全评价模型。项目针对小净距重载交叉隧道围岩动力响应与超前支护机理展开深入研究，具有重大现实指导意义与科学创新价值。

随着我国交通线网密度逐年增加，各类高风险交叉隧道逐年增多。这其中，小净距重载交叉隧道因上部重载轴重大、振动频率低、幅值高、持时长等因素影响，交叉段下部新建隧道施工对上部既有重载线路安全运营及自身围岩稳定将产生极大风险。项目在重载铁路列车振动传播机理与振动衰减规律研究的基础上，构建基于提取动力荷载特征数据开展重载列车振动激励模型。通过开展激励荷载条件下交叉段围岩动态拱效应模型试验研究，进而建立重载交叉隧道围岩夹层稳定性评价模型。课题组建立了一种将信号预处理、维数分析和粒子群优化相结合的回归分析方法，并成功应用于太锡铁路和平村隧道和京张高铁草帽山交叉隧道爆破工程。分析了距掌子面爆心不同位置处隧道围岩及初衬结构的三维动力响应规律，并综合现行爆破安全规程对交通隧道爆破振速控制标准进行研究。通过开展多工况重载列车振动激励荷载模型的隧道下穿重载铁路隧道室内相似模型试验研究及数值仿真研究，揭示不同围岩性质、隧道净距、交叉角度、不同超前支护措施对隧道围岩稳定性及变形的量化影响规律，进而建立基于变形及应力控制条件的小净距重载交叉隧道安全评价模型。项目围绕重载铁路路基振动现场测试、交叉隧道爆破施工现场监测以及重车运行条件下隧道近接施工对上部既有重载铁路隧道安全影响展开了分析。基于现场实测动力响应研究重载铁路路基振动传播机理与衰减规律，交叉隧道爆破施工现场测试研究对隧道下穿段进行爆破方案进行了优化设计。围绕隧道爆破振动现场监测、隧道下穿施工对围岩夹层应力影响规律及室内活动阀门动力成拱效应模型试验进行研究。项目针对小净距重载交叉隧道围岩动力响应与超前支护机理展开深入研究，具有重大现实指导意义与科学创新价值。