1.本发明涉及地址稳定性评价技术领域，特别是涉及一种富水砂化白云岩地层隧道稳定性评价方法。
背景技术：
2.白云岩由于其砂化的特殊性，故在隧道施工过程面临着巨大的风险。在富水区、破碎段、岩溶区的复杂地层中隧道修建极易发生突水突砂，结构灾变破坏等事故。国内外学者针对隧道灾变问题开展了相关研究。
3.现有技术中运用突变理论探讨了深埋隧道失稳的机制，根据总势能原理，建立了隧道失稳的尖点突变模型，导出了失稳的力学判断条件。现有技术中还借助系统能量的理论，运用突变理论的原理，得到了能够作为岩体开挖系统失稳破坏判据的能量突变法则，并将其与有限元数值计算结合起来对岩体系统失稳的可能性进行判断。
4.目前国内外学者已对隧道突水机理及失稳特征作了一定研究，但是研究的对象主要是一般性岩溶隧道。针对于富水破碎震旦系白云岩这一特殊地质条件的隧道灾变机理及模式却鲜有研究，对于富水砂化白云岩地层隧道稳定性就更未提及。
技术实现要素：
5.为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种富水砂化白云岩地层隧道稳定性评价方法。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.一种富水砂化白云岩地层隧道稳定性评价方法，包括：
8.对目标区域进行现场调查，得到地质情况信息；
9.基于所述地质情况信息，依据施工设计图纸结合现场施工方案构建计算模型；
10.基于所述计算模型确定渗流作用下的砂化白云岩地层掌子面变形特征；
11.基于所述计算模型确定渗流作用下的砂化白云岩地层掌子面区压力拱特征；
12.根据所述砂化白云岩地层掌子面变形特征和所述砂化白云岩地层掌子面区压力拱特征进行深埋隧道掌子面极限平衡分析，得到分析结果；
13.根据所述分析结果进行所述目标区域的稳定性评价。
14.优选地，对目标区域进行现场调查，得到地质情况信息，包括：
15.采用地质雷达以及瞬变电磁的手段对所述目标区域的灾变段隧道围岩状况以及富水情况进行调查，得到所述地质情况信息。
16.优选地，基于所述地质情况信息，依据施工设计图纸结合现场施工方案构建计算模型，包括：
17.依据施工设计图纸结合现场施工方案进行模型建立，得到初始模型；
18.根据圣维南原理对所述初始模型的模型尺寸进行设计，得到计算模型；所述计算模型的左右两侧边界分别施加水平向约束，所述计算模型的底面施加竖向约束，所述计算
模型的正面、后面沿隧道轴向进行约束；所述所述计算模型的采用三台阶施工工法，台阶步距为10m，初期支护由钢拱架、注浆锚杆、c25喷射混凝土组成。
19.优选地，所述计算模型的计算参数包括：弹性模量、泊松比、内摩擦角、粘聚力、密度、渗透率和孔隙率。
20.优选地，所述砂化白云岩地层掌子面变形特征包括掌子面挤出变形和掌子面竖向变形。
21.优选地，基于所述计算模型确定渗流作用下的砂化白云岩地层掌子面区压力拱特征，包括：
22.根据所述计算模型确定压力拱判据；
23.根据所述压力拱判据进行压力拱分析，得到砂化白云岩地层掌子面区压力拱特征。
24.优选地，根据所述砂化白云岩地层掌子面变形特征和所述砂化白云岩地层掌子面区压力拱特征进行深埋隧道掌子面极限平衡分析，得到分析结果，包括：
25.根据所述地质情况信息提取掌子面剪切应变云图；
26.根据所述掌子面剪切应变云图进行掌子面失稳区形态分析；
27.基于极限平衡理论进行掌子面稳定性计算，得到计算结果；
28.根据所述计算结果进行掌子面稳定性分析，得到所述分析结果。
29.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
30.本发明提供了一种富水砂化白云岩地层隧道稳定性评价方法，包括：对目标区域进行现场调查，得到地质情况信息；基于所述地质情况信息，依据施工设计图纸结合现场施工方案构建计算模型；基于所述计算模型确定渗流作用下的砂化白云岩地层掌子面变形特征；基于所述计算模型确定渗流作用下的砂化白云岩地层掌子面区压力拱特征；根据所述砂化白云岩地层掌子面变形特征和所述砂化白云岩地层掌子面区压力拱特征进行深埋隧道掌子面极限平衡分析，得到分析结果；根据所述分析结果进行所述目标区域的稳定性评价。本发明针对富水砂化白云岩地层的掌子面稳定性展开分析，能够提高相应的施工控制措施的针对性和施工效果。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本发明实施例提供的方法流程图；
33.图2为本发明实施例提供的数值模型示意图；
34.图3为本发明实施例提供的不同砂化程度地层在不同水位埋深作用下掌子面挤出变形云图；其中图3(a)为弱等砂化白云岩掌子面挤出变形示意图；图3(b)为中砂化白云岩掌子面挤出变形；图3(c)为强砂化白云岩掌子面挤出变形；图3(d)为掌子面挤出变形曲面图；
35.图4为本发明实施例提供的不同砂化程度地层在不同水位埋深作用下掌子面竖向
沉降云图；
36.图5为本发明实施例提供的挤出变形与竖向变形对比图；
37.图6为本发明实施例提供的极限平衡分析模型示意图；
38.图7为本发明实施例提供的太沙基松动土压力计算模型示意图；
39.图8为本发明实施例提供的楔形体切片受力模型示意图。
具体实施方式
40.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.本发明的目的是提供一种富水砂化白云岩地层隧道稳定性评价方法，针对富水砂化白云岩地层的掌子面稳定性展开分析，能够提高相应的施工控制措施的针对性和施工效果。
42.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
43.图1为本发明实施例提供的方法流程图，如图1所示，本发明提供了一种富水砂化白云岩地层隧道稳定性评价方法，包括：
44.步骤100：对目标区域进行现场调查，得到地质情况信息；
45.步骤200：基于所述地质情况信息，依据施工设计图纸结合现场施工方案构建计算模型；
46.步骤300：基于所述计算模型确定渗流作用下的砂化白云岩地层掌子面变形特征；
47.步骤400：基于所述计算模型确定渗流作用下的砂化白云岩地层掌子面区压力拱特征；
48.步骤500：根据所述砂化白云岩地层掌子面变形特征和所述砂化白云岩地层掌子面区压力拱特征进行深埋隧道掌子面极限平衡分析，得到分析结果；
49.步骤600：根据所述分析结果进行所述目标区域的稳定性评价。
50.优选地，对目标区域进行现场调查，得到地质情况信息，包括：
51.采用地质雷达以及瞬变电磁的手段对所述目标区域的灾变段隧道围岩状况以及富水情况进行调查，得到所述地质情况信息。
52.具体的，本实施例中，为了揭示和探究砂化白云岩地层隧道掌子面灾变诱因，采用地质雷达以及瞬变电磁的手段对灾变段隧道围岩状况以及富水情况进行调查。本实施例选取吉新隧道d4k307 375处涌水涌砂事故的调查结果为研究对象。在现场发生了三次突涌灾害后，对现场地质情况进行了地质雷达扫描和瞬变电磁探测。将视电阻率值小于500ω
·
m的区域，判释为物探v类异常区，对应极破碎、极软弱或含水岩体；将视电阻率值大于550ω
·
m的区域，判释为物探ⅳ类异常区，对应破碎、软弱或含水岩体。可以看出隧道穿越地层为v类异常区，地层极破碎、极软弱并且富水。
53.通过现场揭示以及掌子面前方顺便电磁分析结果，掌子面岩性主要为砂化白云岩，预报段岩溶发育。根据瞬变电磁成果资料，d4k307 360～ 375段拱顶上方13m～25m存在
低阻异常，推测突水涌砂后的塌腔范围。
54.采用地质雷达对隧道洞周地层进行探测，砂化白云岩地层风化破碎严重，地质雷达探测畸变范围大，地层为富水的极破碎状态。
55.进一步地，通过地质雷达以及瞬变电磁的探测结果，发生灾变的吉新隧道砂化白云岩地层段具有岩体破碎松散、富水的特点，且松散软弱围岩分布范围广泛，致灾类型类似于强风化花岗岩地层隧道。结合对现场灾变事故的调查，掌子面灾变发生集中在富水的强砂化白云岩地层。但是由于围岩砂化程度差异较大并且富水情况各异，造成实际施工时难以准确的把握掌子面稳定状况，造成支护措施不到位，支护不及时的问题，从而引发灾变的发生。因此，揭示灾变发生条件对于砂化白云岩地层的安全施工具有重要意义。
56.优选地，基于所述地质情况信息，依据施工设计图纸结合现场施工方案构建计算模型，包括：
57.依据施工设计图纸结合现场施工方案进行模型建立，得到初始模型；
58.根据圣维南原理对所述初始模型的模型尺寸进行设计，得到计算模型；所述计算模型的左右两侧边界分别施加水平向约束，所述计算模型的底面施加竖向约束，所述计算模型的正面、后面沿隧道轴向进行约束；所述所述计算模型的采用三台阶施工工法，台阶步距为10m，初期支护由钢拱架、注浆锚杆、c25喷射混凝土组成。
59.具体的，依据施工设计图纸结合现场施工方案进行建立。隧道的跨高分别12.42m和11.25m，根据圣维南原理，模型尺寸设计为180m
×
160m
×
100m，从而实现减少模型边界效应的目的，模型如图2所示。模型左右两侧边界分别施加水平向约束，底面施加竖向约束，正面、后面沿隧道轴向进行约束，仅考虑自重应力场的作用。模型采用三台阶施工工法，台阶步距为10m，初期支护由钢拱架、注浆锚杆、c25喷射混凝土组成。
60.根据室内试验以及相关学者对砂化白云岩的力学性质研究(zhang liangxi)，对轻微砂化、中等砂化、严重砂化白云岩的计算参数进行标定，本次计算假定所有材料为连续均匀的理想物质；本实施例的研究对象砂化白云岩地层风化严重，呈砂土状，因此采用在mohr-coulomb model作为围岩本构关系。通过设置模型内水位高度实现流固耦合。相关计算参数如表1所示。
61.表1计算参数
62.63.优选地，所述计算模型的计算参数包括：弹性模量、泊松比、内摩擦角、粘聚力、密度、渗透率和孔隙率。
64.钢架采用等截面刚度的beam单元等效代替。初期支护采用线弹性单元模拟c25混凝土的性能，支护结构参数如表2所示。
65.表2支护计算参数
[0066][0067]
优选地，所述砂化白云岩地层掌子面变形特征包括掌子面挤出变形和掌子面竖向变形。
[0068]
进一步地，隧道掌子面挤出变形是研究掌子面稳定性的重要指标，不同砂化程度的白云岩地层隧道掌子面挤出变形随埋深以及水位影响如下图所示。随着埋深的增大以及水位的增加，掌子面挤出变形显著增大。但是由于不同砂化地层自身物理力学性质的差异，导致各砂化地层的隧道掌子面挤出变形随埋深以及水位变化的敏感性大为不同，强砂化地层由于较弱的承载能力以及较好的透水性，强砂化地层隧道掌子面挤出变形对于埋深以及水位的改变呈现极大的敏感性。做不同砂化地层隧道掌子面挤出变形随埋深与水位变化的三维曲面图，如图3。白云岩地层隧道掌子面挤出变形与白云岩的砂化程度呈现出强敏感性，强砂化地层的变形曲面发生明显的畸变。总的来看，影响隧道掌子面挤出变形的因子的敏感性排序为：砂化等级》水头高度》隧道埋深。
[0069]
更进一步地，隧道掌子面拱顶变形随白云岩砂化程度、埋深和水头高度的变化规律与掌子面挤出变形相似，埋深的增大、水头高度的升高，砂化程度的加剧都会增大隧道拱顶的竖向沉降。但是与掌子面挤出变形规律不同的是，以中等砂化白云岩为例，如图5所示，隧道掌子面拱顶沉降对各影响因素表现出的敏感性排序为：砂化程度》埋深》水头高度。由于初期支护的施作，围岩内渗水流动均向掌子面流动，掌子面处收到的水平渗透力远大于竖向渗透力，因此掌子面竖向变形对水头高度呈现低敏感性。且由于支护的存在，隧道拱顶竖向位移对于各影响因素的敏感性显著低于掌子面基础变形相对于各印象因素的敏感性，即掌子面在渗流水作用下更容易发生掌子面挤出失稳，映证了现场的灾变模式都为掌子面涌水涌砂。
[0070]
优选地，基于所述计算模型确定渗流作用下的砂化白云岩地层掌子面区压力拱特征，包括：
[0071]
根据所述计算模型确定压力拱判据；
[0072]
根据所述压力拱判据进行压力拱分析，得到砂化白云岩地层掌子面区压力拱特征。
[0073]
具体的，土压力拱最显著的特点为最大主应力矢量流线能形成完整环状，在土拱内，拱体内的最大主应力方向为水平方向，而拱体外部最大主应力将恢复隧道开挖前的竖直方向，所以根据土体水平向和竖直向应力的变化情况。将在距离隧道一定范围内的主应力方向为水平方向且为最大值的位置定位压力拱内边界，将最大主应力方向由水平偏转为
竖直方向的点作为外边界。
[0074]
进一步地，以埋深300m、水位100m强砂化工况为基础工况，探究埋深、水位、砂化程度对隧道开挖后渗流作用下的压力拱特征的影响。选取掌子面处横断面为研究对象，在y＝40m位置选取截面，白云岩地层掌子面开挖面破坏之前，隧道周围最大主应力均为竖直方向，在土体应力场中，竖向应力要大于水平应力。隧道开挖后，周围岩体失去了约束作用，处于受力不平衡状态，开挖面发生主动失稳时，隧道周围岩体体主应力都发生了显著偏转，并且最大主应力的流线分布方向呈现出环形状，这表明在开挖面正上方存在土拱效应，相比于开挖之前，最大主应力也变小。在隧道顶部正上方一定高度处，最大主应力方向偏转至水平方向(旋转近90
°
)，并在土拱最顶部位置处出现应力偏转点，形成应力偏转区，偏转区轮廓即位压力拱的外边界。
[0075]
探究不同影响因素对隧道开挖后掌子面区域的成拱特性影响。受到开挖影响，掌子面顶部一定范围内，最大主应力与水平应力重叠，即最大主应力方向为水平方向，且随着深度应力值增大，根据压力拱内外边界判别方法，最大值处为压力拱内边界。在压力拱拱体内，上覆的竖向土压力转化为土拱的轴向应力，随着深度增加，围岩应力会由水平方向变为竖向方向为主，应力方向发生偏转，根据压力拱内外边界判据，偏转处为压力拱的外边界。外边界以外的围岩应力转化为了土拱的上覆荷载。对于深埋岩石隧道，埋深与水位对压力拱内边界位置几乎没有影响，只对压力拱厚度产生影响。埋深越大，对土拱产生更大的上覆荷载，为了保持岩土体的稳定，需要更厚的土拱进行承载。渗流水的存在一方面会带来较大的渗透压力，另一方面会使岩体的有效应力减小，从而降低了岩体的承载力，因此随着水位的降低，压力拱的厚度明显削减。不同的砂化程度对压力拱的成拱影响极大，砂化程度越大，地层自稳能力越弱，压力拱成拱位置越深，厚度越大，对于弱砂化地层，由于较高的承载能力，隧道开挖后，掌子面处围岩能够尽快达到重新平衡，受扰动岩体并未发生剪切破坏，因此并未形成压力拱。
[0076]
不同工况下的压力拱外边界位置如表3所示。由于土拱对土拱上方的土体有支持作用，分担了作用在隧道掌子面的上覆土压力，对隧道掌子面的稳定性起到重要作用。因此在对隧道掌子面进行分析时，要考虑到压力拱对掌子面的保护作用。
[0077]
表3不同工况压力拱尺寸
[0078][0079]
优选地，根据所述砂化白云岩地层掌子面变形特征和所述砂化白云岩地层掌子面区压力拱特征进行深埋隧道掌子面极限平衡分析，得到分析结果，包括：
[0080]
根据所述地质情况信息提取掌子面剪切应变云图；
[0081]
根据所述掌子面剪切应变云图进行掌子面失稳区形态分析；
[0082]
基于极限平衡理论进行掌子面稳定性计算，得到计算结果；
[0083]
根据所述计算结果进行掌子面稳定性分析，得到所述分析结果。
[0084]
具体的，本实施例以埋深300m、水位100m的强砂化地层以及埋深300m、水位100m的中砂化地层为例，提取掌子面剪切应变云图。通过分析云图，可以看出隧道开挖后上台阶掌子面会出现类楔形的剪切应变联通区，处于该区域的岩体在上覆荷载的作用下，沿剪切滑移层会发生大变形从而导致失稳。
[0085]
perazzelli等人采用考虑渗流的楔形体-棱柱体极限平衡模型，本实施例基于压力拱的受力特点做出修改，如图6所示，具体修改为：考虑压力拱的存在实现了承担上覆岩体的作用，因此取棱柱体长度至压力拱外边界处，棱柱体上方承担上覆岩体的荷载p0。模型中根据开挖面的形状确定楔形体的高度h，h可以取开挖面拱顶和拱底之间的最大距离，设开挖面的面积为a，大小和图中阴影矩形的面积相同，然后根据开挖面面积相等原则，即可确定出楔形体的宽度b，w为锲形体破裂角，t为棱柱体高度，h0为模型水头高度。
[0086]
本模型计算的基本假设为：
①
破坏面周围土体在开挖面局部范围内符合太沙基竖向土压力理论；
②
土层均匀分布且呈各向同性；
③
破坏面上竖向应力呈线性分布；
④
压力拱上方岩体仅考虑自重效应产生的荷载，忽略构造应力等的影响。
[0087]
进一步地，基于极限平衡理论的掌子面稳定性计算包括如下步骤
[0088]
(1)锲形体上覆土压计算
[0089]
相关研究中对上覆土压的计算方法进行了探索，压力拱上部覆土的竖向土压力可按照全覆土理论进行计算，而压力拱作用区内的竖向土压力可按terzaghi理论进行计算。由于压力拱区域的应力方向发生了偏转，在计算时一般通过棱柱体侧土压力系数来体现土拱效应的影响，进而体现土拱对开挖面稳定性的积极作用，取值：
[0090][0091]
其中，
[0092]
如图7所示，棱柱体上方为压力拱外边界，上覆岩体以自重形式施加荷载p0，取厚度为dz的土体，上下表面分别受有效应力为σ
′z dσ
′z和σ
′z；侧面受到周围土体的剪切力，时土体受到渗流水的作用，竖向受力平衡公式为：
[0093][0094]
其中，r是面积与棱镜的水平横截面的周长之比；γ
′
为土体浮重度；γw为水的重度；c1为岩体的粘聚力；φ为岩体的摩擦角；i
av
表示高度z处棱镜中的平均垂直水力梯度，计算公式如下：
[0095][0096]
式中，w为根据图失稳区形态取值32
°
；h(x,y,z)为液压水头分布公式，棱柱体内和楔形体内的水头近似表达式分别为：
[0097][0098]
式中，h
t
为掌子面处水头；δh为模型水头；a和b为参数，通过对模型的水头分布进行拟合得出。针对物理模型试验设置条件，利用数值模拟得到的水头分布，采用最小二乘法，按上拟合，可得a和b的值。
[0099]
将水头近似表达式带入平均垂直水力梯度得：
[0100][0101]
通过边界条件σ
′z(h t)＝p0，求解微分方程竖向受力平衡公式得棱柱体内得竖向应力分布公式：
[0102][0103]
式中，为渗流引起的有效垂直载荷增加系数，内容如下：
[0104]
[0105]
联立棱柱体内得竖向应力分布公式和有效垂直载荷增加系数可求得锲形体上方荷载为：
[0106][0107]
式中：
[0108][0109]
(2)锲形体滑动面承载力分析
[0110]
对锲形体进行切片进行承载力分析，如图8所示。以下力作用于切片：其水下重力dg；切片底面作用的有效应力v为抵抗力；切片顶面作用的有效应力v dv为荷载；倾斜滑动面的有效法向应力为dn；倾斜滑动面的有效切向应力为dt；两侧垂直滑动面的有效切向应力dts；切片受到渗流力df
x
和dfz；以及由隧道面处的支撑压力s产生的支撑力ds。平行和垂直于滑动方向的平衡方程为：
[0111][0112]
式中：水下重力dg；有效应力v；倾斜滑动面的有效法向应力为dn；倾斜滑动面的有效切向应力为dt；以及两侧垂直滑动面的有效切向应力dts的计算方法如下所示。渗流力df
x
和dfz的计算方法如下：
[0113][0114]
联立上式，并对式子进行整理，可以得：
[0115][0116]
式中：
[0117]
[0118][0119]
求解微分方程并考虑边界条件v(0)＝0得:
[0120]
v(z)＝cs(ξ)b2s cc(ξ)b2c
2-c
γ
(ξ)b3γ
′‑cδh
(ξ)b2γwδh；
[0121]
式中，ξ为与z相关得参数参数cs(ξ),cc(ξ),c
γ
(ξ),c
δh
(ξ)为预设值。锲形体与棱柱体交界处(z＝h)得荷载值为:
[0122]
v(h)＝cs(1)b2s cc(1)b2c
2-c
γ
(1)b3γ
′‑cδh
(1)b2γwδh；
[0123]
(3)掌子面有效支撑力
[0124]
在极限平衡状态下，棱柱体施加的载荷等于锲形体顶面的荷载，如下式所示:
[0126]vsilo
＝v(h)；
[0127]
联立式得:
[0128]
(1)当v
silo
≠0时，
[0129]
s＝f1γwδh f2γ
′
h-f3c
1-f4c2 f5p0；
[0130]
式中:
[0131][0132][0133]
(2)当v
silo
＝0时，
[0134]
s＝f1γwδh f2γ
′
h-f3c2；
[0135]
式中:
[0136][0137]
通过计算掌子面支护力，可以判断掌子面稳定所需得支护力大小，当掌子面支护
力s》0时，说明掌子面前方锲形体无法保持稳定，需要额外的支护力保持稳定。当s≤0时，说明不需要额外的支护力就能保持其锲形体的稳定。
[0138]
(4)掌子面稳定性分析
[0139]
通过计算，针对不同工况的掌子面虚拟支护力如图所示。从图4中可以看出富水砂化白云岩地层隧道掌子面稳定性与掌子面水位高度呈强相关性，但由于中等砂化地层与弱砂化地层自身较好的承载能力，使得掌子面可以维持自身稳定，但是对于强砂化地层，当水头高度达到80m以上时，掌子面将无法维持自稳。这与现场高水头地区开挖会诱发涌水涌砂的现象相符合，但是隧道施工现场发现，对于低水位地区，掌子面随着时间的推移，掌子面也会发生失稳涌砂。
[0140]
进一步地，结合现有学者的研究发现，对于松散破碎围岩，在隧道开挖后，围岩中的细颗粒会发生迁移，导致充填介质孔隙结构发生变化，进而加速细颗粒流失，导致孔隙率增大(3-100)，掌子面自稳能力降低，涌水量增大，最终诱发突水突泥灾害。为了探究细颗粒流失对围岩承载力的弱化程度，本实施例通过室内三轴试验，对不同细颗粒占比的强砂化白云岩进行力学试验。通过试验可以看出随着细颗粒占比的减少，岩样孔隙率增大，颗粒间的粘结效果减弱，岩样整体粘聚力呈现明显的衰减。由于渗流损失发生在掌子面区域，因此认为锲形体参数衰减，而棱柱体区域的参数不衰减，将衰减的岩样参数带入公式中进行计算，得到掌子面虚拟支护力。受到渗流损伤作用，强砂化白云岩地层自稳能力下降明显。反映在施工现场，即随着掌子面暴露时间的增加，本来没有发生灾变的掌子面在渗流的作用下也会发生灾变。
[0141]
本实施例依托于成昆铁路复线吉新隧道工程，针对富水砂化白云岩地层的掌子面稳定性展开分析，并提出相应的施工控制措施，主要结论如下：
[0142]
(1)通过现场的灾变揭示，砂化白云岩地层的灾变构造与强风化花岗岩类似，砂化后的白云岩力学性质差，掌子面稳定性低，如果不采用控制措施极易发生突水涌砂，从而形成巨大塌腔，为后期施工形成工程隐患同时提高了突水涌砂的治理难度。
[0143]
(2)在渗透力与地应力的共同作用下，富水砂化白云岩地层掌子面变形以挤出变形为主，影响隧道掌子面挤出变形的因子的敏感性排序为：砂化等级》水头高度》隧道埋深。砂化白云岩隧道的开挖会出现明显的压力拱，压力拱厚度与各影响因素的敏感性排序为：砂化等级》水头高度》隧道埋深。
[0144]
(3)结合压力拱的受力特性构建考虑渗流的掌子面极限平衡解析解。分析得到，对于水头高于80m的强砂化地层隧道，隧道掌子面会发生灾变，高水头的强砂化地层为重大风险源，极易容易诱发灾害。
[0145]
(4)对于水头低于80m的强砂化地层隧道，掌子面稳定性与掌子面揭示时间相关，随着渗流损伤的发生，掌子面区域承载力下降，导致灾变，因此富水深埋强砂化地层均有灾变风险。
[0146]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0147]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不
应理解为对本发明的限制。