富水地层矿山法隧道坍塌机理与安全系数研究OA

广州地铁十一号线沙河站1#横通道在富水地层采用矿山法施工时突发坍塌,造成巨大的损失与影响。为揭示其致灾机理,以该坍塌隧道工程为背景,通过建立反映地层变化特征的三维数值模型,考虑流固耦合作用,探究了富水地层中隧道坍塌的致灾因素,并系统分析了各因素对隧道稳定性的影响。此外,基于数值模拟所揭示的隧道坍塌体特征,构建了富水条件下矿山法隧道掌子面的失稳破坏机制,结合强度折减法与极限分析上限定理,提出可以考虑地下水作用和隔水层厚度的矿山法隧道掌子面安全系数上限解的计算方法,并通过与数值模拟结果和已有文献算例对比,验证了该方法的可靠性。结果表明:拱顶的高水头差、拱顶围岩强度过低,支护不及时和作为保护层(隔水层)的微风化含砾粉砂岩厚度不足是沙河站1#横通道拱顶失稳的主要诱因。在现场施工条件下,拱顶水头超过13 m或拱顶围岩的黏聚力低于400 kPa时,围岩的变形将超出安全许可范围;未及时支护时,拱顶保护层厚度不应小于2 m。掌子面安全系数随拱顶水头高度和开挖直径增大而降低,随保护层厚度及围岩黏聚力的增大而升高。研究成果可为类似地质条件下矿山法隧道的稳定性分析与设计优化提供参考。