摘要
隧道进洞施工既是整个工程的关键环节同时也是薄弱环节，隧道洞口段时常存在浅埋、偏压、围岩稳定性较差等问题。全风化花岗岩作为一种较为特殊的岩土，有结构松散、自身稳定性较差、遇水易软化崩解的特点，给隧道修建带来了很多风险。因此，为研究全风化花岗岩偏压隧道进洞段的工程特点以及洞内支护的力学特性，本文以广湛高速铁路相思山隧道浅埋偏压段穿越全风化花岗岩的工程为依托，结合文献调研、室内试验、理论分析、数值模拟以及现场监测等多种研究手段，详细讨论了全风化花岗岩的工程特性、全风化花岗岩偏压隧道施工过程中的力学行为以及不同工程条件下支护的受力特点，主要工作内容及研究成果如下： （1）对相思山隧道现场的全风化花岗岩和弱风化花岗岩进行原状取样，通过室内试验对全风化花岗岩的基本物理力学指标进行测试，得到其含水率为20.99%，干密度为1.52kg/cm3，比重为2.596，并判断该全风化花岗岩为硬塑状态的砂质黏土。再对全风化花岗岩进行固结试验和常规三轴试验，得到其压缩模量为 5.556MPa，黏聚力为23.75kPa，内摩擦角为15.66°。对弱风化花岗岩进行常规三轴试验和巴西劈裂试验，分析其抗压和抗拉强度，并基于Hoek-Brown强度准则对三轴试验所得岩石的力学参数进行折减，获得实际工程中的该岩体的弹性模量为9.11GPa，黏聚力为3.54MPa，内摩擦角为42.96°，抗拉强度为7.25MPa。最后借助SEM技术和XRD技术对比了两种不同风化程度的花岗岩在微观结构和物质组成上的特点，全风化花岗岩较弱风化花岗岩而言，表面更粗糙，结构连接更松散，含有更多高岭石、珍珠陶土、地开石等次生矿物。 （2）分析了全风化花岗岩偏压隧道的工程特征以及施工难点，对此类隧道常用的洞口处理措施、边仰坡防护措施以及施工工法进行了归纳总结。在详细分析了相思山隧道施工中采用的辅助工程措施和主体施工方案的基础上，建立三维模型，对全风化花岗岩偏压隧道进洞段的施工进行数值计算，对计算结果进行分析后知，隧道深埋侧沉降普遍大于浅埋侧，隧道整体表现出向浅埋侧水平位移的趋势；边仰坡无支护时，仰坡先失稳，安全系数1.27，施作支护后，边坡先失稳，安全系数提升至2.091；隧道开挖后，边仰坡受到些许扰动，安全系数降至1.99；并且边仰坡稳定性受锚杆长度影响，锚固深度越大边仰坡稳定性越好；受偏压影响，初支内力分布表现出明显的非对称性。此外，还对该隧道支护受力进行了现场监测，结合数值模拟结果和现场监测数据，进一步验证了该隧道施工方案的可靠性。 （3）在以上研究的基础上，设计了多种不同的工程条件，深入探究内在影响因素和外在影响因素对全风化花岗岩浅埋偏压隧道支护力学特性的影响。对比分析了不同地表横坡坡度、不同隧道埋深、不同土石界面位置时隧道初期支护的受力情况，并基于敏感性分析法，确定了初支最大正弯矩和最大轴力对横坡坡度的敏感度最大。此外，还对不同洞口处理措施、不同施工工法下隧道支护力学特性和围岩变形进行了研究，对比得出地表注浆+超前大管棚的洞口处理措施以及双侧壁导坑法和交叉中隔壁法的开挖方案相对较优。
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