断层破碎带影响下隧道围岩稳定性分析及加固措施研究.pdf

摘要

我国西部地区地形地貌复杂，多被山地丘陵覆盖，隧道施工过程中常常面临着高

地应力及断层破碎带等不良地质问题，由于地应力条件较高，断层破碎带节理裂隙发

育，岩体较为破碎，且容易赋存地下水，在隧道施工过程中极易引发大变形、塌方、

突泥涌水等事故，严重影响施工安全。因此，对断层破碎带段围岩稳定性及加固措施

进行研究具有十分重要的意义。本文以甘肃省某公路隧道为依托，通过超前地质预报、

现场监测和离散元数值模拟等手段对高地应力条件下断层破碎带段围岩稳定性进行分

析，并针对围岩变形破坏情况进行现场注浆加固。研究主要内容及成果如下：

（1）总结了断层成因及其常见灾害，结合地勘报告对隧址区断层分布及地应力条

件进行分析，发现隧道围岩地应力普遍较高；通过瞬变电磁超前预报、地质雷达及超

前钻探等手段确定断层破碎带具体位置和产状特征。

（2）通过现场监测得到近断层一侧边墙收敛量远大于远离断层一侧，且近断层一

侧边墙收敛及拱顶沉降表现为前期变形速率大、变形持续时间长、总变形量大的特点。

（3）通过离散元软件3DEC对有无断层破碎带影响以及不同侧压力系数下断层破

碎带段围岩变形、塑性区、应力特征进行分析，结果表明：由于断层影响，围岩变形、

塑性区、应力分布均表现为非对称性，在拱脚处易产生应力集中；随着侧压力系数增

加，围岩变形量不断增加，非对称性愈加明显，塑性区破坏范围呈先减小后增大趋势。

（4）通过离散元软件建立不同断层形态下的隧道开挖数值模型，采用控制变量法

研究断层宽度、断层距离、断层倾角对围岩变形、塑性区及应力的影响。计算结果表

明：断层距离、断层倾角对围岩稳定性影响较大，而断层宽度对围岩稳定性影响较小。

（5）通过正交试验对不同断层形态下围岩变形进行敏感性分析，结果表明：对近

断层一侧边墙收敛的影响次序（从大到小）依次为：距离>倾角>宽度；对拱顶沉降的

影响次序（从大到小）依次为：距离>倾角>宽度，断层宽度对拱顶沉降无显著影响。

（6）针对断层破碎带段围岩变形破坏情况，通过室内试验确定合适的浆液配比，

对现场进行注浆加固，结果表明：注浆加固有效地控制了围岩的变形，围岩变形量及

变形速率均有所减小，取得了较好的注浆加固效果。

关键词：隧道，断层破碎带，高地应力，超前预报，数值模拟，注浆加固

I

Abstract

Thetopographyofthewesternregionofmycountryiscomplex,mostlycoveredby

mountainsandhills.Duringthetunnelconstructionprocess,itisoftenfacedwithunfavorable

geologicalproblemssuchashighgroundstressandfaultfracturezone.Duetothehighstress

conditions,thefaultzonejointsandfissuresaredeveloped,therockismorebroken,anditis

easytodepositgroundwater,whichcaneasilyleadtolargedeformation,collapse,mudand

watersurgesandotheraccidentsduringthetunnelconstructionprocess,whichseriouslyaffects

theconstructionsafety.Therefore,itisveryimportanttostudythestabilityandreinforcement

measuresofthefaultedandbrokensectionofthesurroundingrock.Basedonahighwaytunnel

inGansuProvince,thispaperanalyzesthestabi