铁路隧道围岩稳定性分析与控制技术探讨

铁路隧道围岩稳定性分析与控制技术探讨

王 力

中铁一局集团第五工程有限公司 陕西省 宝鸡市 721000

摘要：本文主要研究了铁路隧道围岩的稳定性分析与控制技术，包括围岩力学模型建立、围岩应力及变形分析方法。进一步探讨了隧道围岩稳定性评估的指标，包括位移、应力和变形。最后，给出了几种围岩稳定性分析与控制技术，包括支护技术、涌水与地应力控制技术以及隧道风险预警与防治技术。该研究对于铁路隧道的建设和维护具有指导意义。

关键词：铁路；隧道围岩；稳定性

引言

随着铁路交通的快速发展，铁路隧道的建设和使用呈现出高速度和大规模化的趋势。然而，由于地质条件的复杂性，隧道围岩的稳定性成为建设和使用隧道过程中的重要问题。因此，研究隧道围岩的稳定性分析与控制技术，具有非常重要的理论和实际意义。本文将对铁路隧道围岩稳定性分析与控制技术进行探讨，为隧道工程提供理论指导和参考依据。

一、铁路隧道围岩稳定性分析方法

1.1隧道围岩力学模型建立

铁路隧道围岩力学模型的建立是隧道工程的基础工作之一。首先需要进行地质勘察，获得地质结构、岩性、断层等信息。然后根据地质勘察结果，结合力学原理和土工力学知识，确定围岩的本构模型。常用的模型包括弹性模型、弹塑性模型和强度剪切模型等。隧道围岩力学模型的建立有利于预测围岩的变形和破坏，为隧道的施工和监测提供依据。

1.2围岩应力分析方法

围岩应力分析方法可以帮助工程师了解并评估围岩的稳定性，从而采取必要的安全措施和施工方法。常用的围岩应力分析方法包括土力学分析法、数值模拟法和实测方法等。土力学分析法是围岩应力分析的基础方法之一，通过对围岩的物理力学性质进行测试和试验，计算出岩体的应变和应力分布情况，进而预测岩体的稳定性和变形情况。这种方法适用于对围岩进行整体性评估的情况。数值模拟法是一种比较先进的围岩应力分析方法，利用计算机和数学模型来模拟围岩的应力分布情况。通过建立合适的力学模型和输入相关参数，可以模拟出岩体承载能力、围岩变形等重要信息。数值模拟法的优势是可以模拟真实的工程场景，对复杂的施工情况进行准确的分析。实测方法是直接对围岩进行现场测试和观测，以获得围岩应力的真实数据。常用的实测方法包括孔隙水压力测量、应变测量、应力测量等。通过这些实测数据，可以更加准确地了解施工现场围岩的应力分布情况，判断围岩的稳定性。

1.3围岩变形分析方法

隧道围岩的变形分析对于评估隧道的稳定性和安全性非常重要。常见的围岩变形分析方法包括解析法和数值模拟法。解析法通常基于弹性理论，通过假设和边界条件的引入，求解围岩的变形。数值模拟法则通过有限元方法或边界元方法等，将围岩体划分为离散的单元，建立数学模型并求解围岩的变形。这些方法可以计算不同地质条件和加载方式下的围岩变形情况，为隧道设计和施工提供了重要依据。

二、隧道围岩稳定性评估指标

2.1围岩位移评估指标

围岩位移指的是在施工和使用过程中，围岩中可能发生的位移现象。位移评估指标主要包括围岩位移速度、位移方向和位移程度等。围岩位移速度是指围岩发生位移的速度，可通过位移传感器进行实时监测。位移方向是指围岩位移的方向，通常分为水平位移和竖向位移两种。位移程度是指围岩位移的幅度或变形量，一般使用位移变形计进行测量。通过对围岩位移的评估，可以判断围岩的稳定性，并采取相应的支护措施，以确保隧道的安全运营。

2.2围岩应力评估指标

围岩应力是指作用在围岩体上的各向应力或有效应力。围岩应力主要包括围压应力和离散应力。围压应力是由围岩体所受的自重和水压等因素产生的应力，可通过应力计进行测量。离散应力是指围岩体内部存在的裂隙或节理等导致的应力非均匀性，通常通过测量围岩体内部的裂隙或节理的情况来间接评估。通过对围岩应力的评估，可以判断围岩的强度和稳定性，并合理设计支护结构及选取合适的控制措施，以确保隧道的安全运行。

2.3围岩变形评估指标

围岩变形主要包括岩体收敛、膨胀和变形等。围岩变形评估指标主要包括岩体收敛量、岩体扰动范围和围岩变形速度等。岩体收敛量是指围岩在施工和使用过程中由于掏槽或开挖引起的变形量，通常通过收敛计进行测量。岩体扰动范围是指围岩变形的影响范围，可通过围岩变形的监测点进行测量。围岩变形速度是指围岩发生变形的速度，可通过变形计等仪器进行实时监测。通过对围岩变形的评估，可以了解围岩的变形特征和趋势，及早发现问题并采取相应的支护措施，以确保隧道工程的安全运行。

三、铁路隧道围岩稳定性分析与控制技术

3.1围岩支护技术

围岩支护技术在铁路隧道工程中扮演着至关重要的角色，其目的是确保围岩的稳定性和承载力，以保证隧道的安全运营。传统的围岩支护技术包括钢支撑和喷射混凝土衬砌，它们在施工便捷性和经济适用性方面具有优势，被广泛应用于隧道建设中。然而，随着隧道工程的复杂性增加，这些传统技术已经不能满足需求，因此新型的围岩支护技术也应运而生。其中，地下预应力锚杆支护技术和大直径注浆桩支护技术成为应用较多的新型技术。地下预应力锚杆支护技术通过预先应用拉力于围岩深层，利用锚杆的拉力将周围的岩体紧密固定，增加了围岩的整体稳定性和承载力。大直径注浆桩支护技术通过在围岩中钻入钢筋混凝土桩，并进行注浆，形成一个坚固的支撑体系，提高了围岩的强度和稳定性。

3.2涌水与地应力控制技术

涌水与地应力控制技术其目的是为了解决地下水涌入和地应力变化带来的风险，采取相应的控制措施。地下水涌入过多可能导致隧道工程积水和水害事故的发生，因此需要采取有效的涌水控制技术。常见的涌水控制措施包括防渗帷幕和地表排水井。防渗帷幕是一种通过施工防渗屏障来减少或阻止地下水渗入构筑物或工程附近的技术。地表排水井则是通过设置井道和排水系统，将地下水排出，有效控制涌水风险。地应力控制旨在控制地下岩石和土壤的应力变化，以预防其发生塌方等不稳定现象。常用的地应力控制技术包括预应力锚杆技术和岩体注浆加固技术。预应力锚杆技术通过预先施加拉力于围岩中的锚杆，增加了围岩的强度和稳定性，从而有效控制地应力的变化。岩体注浆加固技术则是在围岩中注入特殊的固化材料，形成坚固的结构，提高围岩的承载力和稳定性。

3.3隧道风险预警与防治技术

隧道风险主要包括地质灾害、水害和地震等多种因素。为了及时发现和预警这些风险，可以建立风险评估模型和监测系统。地质灾害预警技术是通过对隧道周边地质情况进行调查研究，了解岩石结构和地质构造的性质，预测地质灾害的可能性和规模。然后，根据预警信息，采取加固隧道围岩的措施，如喷射混凝土、支护钢架等，增强隧道结构的稳定性，降低地质灾害风险。水害预警技术是通过监测隧道周边水文变化，如水位、水质等信息，判断水害的可能性。一旦预警发出，可以采取措施来防止水害发生，例如设置隧道防水设施，如防渗帷幕、排水系统等，保证隧道的安全运行。地震预警技术是通过监测地震活动和地震波传播，预测地震发生的可能性和规模。一旦接收到地震预警信息，可以采取应急措施，如提前停运列车、疏散人员等，以减少地震对隧道的影响。通过科学有效地应用这些隧道风险预警与防治技术，可以最大限度地降低隧道工程的风险，保障铁路隧道的安全运营。

结语

通过对铁路隧道围岩稳定性分析与控制技术的研究，可以有效提高隧道工程的安全性和可靠性。围岩稳定性分析方法和评估指标的建立，可以为隧道设计和施工提供参考。同时，针对围岩稳定性问题，围岩支护技术、涌水与地应力控制技术以及隧道风险预警与防治技术也可为工程实践提供有效的措施和方法。未来的研究应进一步完善围岩稳定性分析与控制技术，以应对更加复杂多变的隧道工程需求。

参考文献

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