穿越活动逆断层节段式衬砌隧道节段长度优化研究 ——以敦格铁路阔克萨隧道为例

为了探求增加穿越活动性断层隧道地下结构刚度和围岩强度的有效方法,以敦格铁路阔克萨隧道为例,利用岩土数值分析软件FLAC3D建立三维数值计算模型,模拟逆断层错动时围岩及支护结构的受力、变形特征,提出了"衬砌节段+剪切缝"的节段式结构设计方案,并对活动性断层隧道节段式衬砌的节段长度进行了优化研究。结果表明:1)节段式衬砌结构在发生位移错动后,最大拉应力主要集中在隧道衬砌墙腰、墙脚处;最大压应力及最大剪应力出现在与断层面相交的节段处;2)在逆断层错动20 cm时,与断层面相交的节段出现竖向位移与刚体旋转相结合的变形特征;3)经过冗余量设计,在敦格铁路活动性断层隧道衬砌断面采用具有预留修复空间的马蹄形扩大断面;4)不同截面厚度的衬砌变形特征基本一致,呈现截面厚度越大,最小主应力与最大剪应力越大的规律,但最大主应力隧截面尺寸变化的规律不明显;5)基于衬砌结构弯矩纵向分布的节段长度要求节段长度需小于最大弯矩间距(18.5 m),结合工程实际,节段式衬砌最优节段长度可设定为18 m。研究结果对于保障隧道施工安全、设计结构稳定具有重要参考价值。