隧道管

膨胀性粘土页岩中 TBM 隧道开挖四年后周围的应力演变

瑞士汝拉山脉的旧 Belchen 隧道采用钻孔爆破法在膨胀沉积岩（即富含硬石膏的泥灰岩 (Gipskeuper) 和 Opalinus 粘土页岩 (OPA)）中开挖。早在 20 世纪 60 年代施工期间，这两种岩层就通过高膨胀压力和隆起对隧道支撑造成了严重损坏，后来这些隧道不得不再次翻新。重要的维护和修理促使我们用隧道掘进机 (TBM) 建造了第三条新的 Belchen 隧道（2016 – 2021 年）。在本研究中，我们展示了在位于新 Belchen 隧道强烈断层的 OPA 段的监测段获取的现场数据集，这些数据集用于研究四年多以来的应力演变和控制机制。主要数据集包括总径向压力、径向应变、岩石含水量、岩石和混凝土温度的时间序列，以及从钻孔日志和三维摄影测量开挖面模型分析中获得的地质结构细节。最后，一系列理想化的数值模拟探索了测量温度变化对测量总压力的影响，证实了温度对与混凝土凝固和季节性气候变化有关的径向压力有很强的影响。我们发现，在我们的监测部分，隧道支撑上的径向压力非常不均匀，即它们介于 0.5 MPa 和 1.5 MPa 之间，并且在开挖 4 年后仍在缓慢增加。测量的压力是旧 Belchen 隧道管中测量压力的 2 到 5 倍，其大小与实验室测试中获得的膨胀压力相似。EDZ 渗透性测量、含水量演变和隧道底板的径向应变数据表明，膨胀过程有助于长期径向压力的积累。热弹性变形和膨胀可能会因构造断层的局部复活和裂缝起始应力水平下的间隙灌浆开裂而叠加。