基于模型试验的欠固结深厚土石混合回填区隧道施工力学响应

摘要

西南地区广泛分布着结构松散、孔隙率大、强度较低的欠固结土石混合回填土。当隧道穿越此类地层时，常面临成洞条件差、开挖易坍塌和隧道结构失稳等问题，严重威胁隧道施工及运营安全。鉴于此，以重庆市轨道交通某区间隧道为工程背景，通过模型试验研究隧道开挖施工中的力学响应，揭示了围岩位移、应力变化和地表沉降的演化规律，并对比了全断面法、上下台阶法及预留核心土法三种开挖方法对隧道围岩变形、应力释放和地表沉降的差异性变化特征。结果表明：在开挖作用下，围岩位移演化可分为未扰动阶段、缓慢变形阶段、突变阶段和平衡稳定阶段四个阶段，相较于拱肩和拱腰，拱顶围岩变形更为显著，距离隧道拱顶0.2倍洞径处围岩竖向位移为距离拱腰0.2倍洞径处围岩水平位移的1.96倍；围岩各点径向应力变化均呈现出“之”字形趋势，围岩应力释放影响由强至弱依次为拱顶、拱肩、拱腰，而应力降低幅度排序则为拱肩、拱腰、拱顶；地表沉降按变化趋势可分为不敏感阶段、缓慢变形阶段、加速变形阶段和平稳阶段四个阶段，隧道轴线处的地表监测点曲率随着开挖面接近监测断面而逐渐增大；不同开挖方法对围岩扰动的影响强度减弱顺序依次为全断面法、上下台阶法、预留核心土法，采用预留核心土法能有效减小围岩变形、地表沉降及地表影响范围。

关键词

土石混合体 / 相似模型试验 / 隧道开挖 / 围岩变形 / 地表沉降