蒙华铁路风积沙地层隧道围岩稳定性及预加固效果试验研究

doi:10.3973/j.issn.2096-4498.2019.10.003

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隧道建设（中英文） ›› 2019, Vol. 39 ›› Issue (10): 1563-1574.DOI: 10.3973/j.issn.2096-4498.2019.10.003

蒙华铁路风积沙地层隧道围岩稳定性及预加固效果试验研究

王志杰¹, 王李¹, 吴凡¹, 王如磊¹, 刘刚², 慕万里², 李学广², 王文军²

(1. 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室, 四川成都 610031；2. 中铁十八局集团第一工程有限公司，河北涿州 072750)

收稿日期:2018-12-29 出版日期:2019-10-20 发布日期:2019-12-10
作者简介:王志杰(1964—)，男，山西万荣人，1987 年毕业于西南交通大学，隧道及地下工程专业，博士，教授，主要从事隧道与地下工程领域的研究工作。Email: 1049814641@qq.com。
基金资助:
教育部创新团队发展计划资助（IRT0955）；中央高校基本科研业务费专项资金资助（SWJTU11ZT33）

Experimental Study of Surrounding Rock Stability and Prereinforcement Effect of Aeolian Sand Tunnel on Menghua Railway

WANG Zhijie¹, WANG Li¹, WU Fan¹, WANG Rulei¹, LIU Gang², MU Wanli², LI Xueguang², WANG Wenjun²

(1. Key Laboratory of Transportation Tunnel Engineering, Ministry of Education, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, Sichuan, China; 2. China Railway 18 Bureau Group First Engineering Co., Ltd., Zhuozhou 072750, Hebei, China)

Received:2018-12-29 Online:2019-10-20 Published:2019-12-10

摘要/Abstract

摘要： 为了解风积沙地层隧道失稳变形特征和预加固控制效果，以蒙华铁路风积沙地层段为依托，通过室内物理力学试验得到风积沙的基本性质和参数，并利用数值模拟对隧道最大主应力和塑性区变化规律展开分析，然后建立模型试验对不同预加固方式在风积沙地层隧道中的效果进行研究。研究结果表明： 1）风积沙抗剪切能力在含水率为7%~14%时可达到极值，此时更利于隧道围岩的稳定性； 2）隧道失稳具有突发性，主要会经历“掌子面局部破坏—拱顶持续塌方—大体积失稳”3个基本过程； 3）未采用预加固措施的情况下，开挖面前方监测断面拱顶围岩内部位移值及变形速度最大，采用水平旋喷桩与钢管组合加固后可分别降低81.1%和98.3%； 4）水平旋喷桩与钢管的组合对于开挖面前方拱顶的围岩应力控制效果最好，水平旋喷桩的加固控制范围小于水平旋喷桩与钢管的组合。

关键词: 风积沙地层隧道, 失稳变形特征, 模型试验, 预加固方法, 控制效果

Abstract: The study of the instability deformation characteristics and prereinforcement control effect of aeolian sand tunnel is of great significance. Hence, the basic properties and parameters of aeolian sand formation of Menghua Railway are obtained by laboratory physicomechanical experiment. And then the variation laws of maximum principal stress and plastic zone of the tunnel are analyzed by numerical simulation. Finally, the effects of different prereinforcement methods in aeolian sand tunnels are studied by model experiment. The experimental results show that: (1) The antishear ability of aeolian sand can reach the extreme value when the water content is about 7%-14%, which is more conducive to the stability of tunnel surrounding rock. (2) The instability of the tunnel is sudden, which will mainly experience 3 basic processes, i.e. partial destruction of the tunnel face, crown collapse continuously, and large volume of instability. (3) The internal displacement and deformation velocity of the surrounding rock of the crown ahead of excavation face without pregrouting are the highest, which could be reduced by 81.1% and 98.3% respectively after the combined reinforcement of horizontal rotary jet grouting piles and steel pipe. (4) The combination of horizontal rotary jet grouting pile and steel pipe has the best effect on the surrounding rock stress control of crown ahead of the excavation face; and the reinforcement control range of horizontal rotary jet grouting pile is smaller than the combination of horizontal rotary jet grouting pile and steel pipe.

Key words: aeolian sand tunnel, instability deformation characteristic, model experiment, pre-reinforcement method, control effect

中图分类号:

U 45

王志杰, 王李, 吴凡, 王如磊, 刘刚, 慕万里, 李学广, 王文军. 蒙华铁路风积沙地层隧道围岩稳定性及预加固效果试验研究[J]. 隧道建设, 2019, 39(10): 1563-1574.

WANG Zhijie, WANG Li, WU Fan, WANG Rulei, LIU Gang, MU Wanli, LI Xueguang, WANG Wenjun. Experimental Study of Surrounding Rock Stability and Prereinforcement Effect of Aeolian Sand Tunnel on Menghua Railway[J]. Tunnel Construction, 2019, 39(10): 1563-1574.

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蒙华铁路风积沙地层隧道围岩稳定性及预加固效果试验研究

Experimental Study of Surrounding Rock Stability and Prereinforcement Effect of Aeolian Sand Tunnel on Menghua Railway

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