厦门海底隧道陆域段土质围岩稳定性及预加固技术研究

论文摘要

近年来,随着我国城市基础建设的需要和地下工程修建技术的发展,大量隧道及地下工程全部或部分修建于软弱的土质围岩中。厦门海底隧道是我国规划建设的第一条海底隧道,全长约30%修建于第四系沉积或风化成因的软弱土质围岩中,因此施工中保证两端陆域段土质围岩稳定对整个隧道建设和展示我国隧道修建技术有重要意义。目前国内对土质围岩稳定性评价指标和方法与岩质围岩相同,没有体现土质围岩的特点;同时,对土质围岩稳定性判定和预加固措施及参数的选择仍以经验为主。因此,提出明确的、能较全面反映土质围岩稳定性且易于操作的稳定性评价指标及方法,并提出相应的施工方法及预加固措施,是土质隧道施工中迫切需要解决的问题。本文针对厦门海底隧道陆域段土质围岩施工中亟待解决的几个重点问题,对土质围岩的稳定性及预加固进行了系统的研究,其工作具体体现在以下几个方面:1.结合现场监测和调研资料,对陆域段土质围岩进行地质分段,然后通过室内试验获得各段的物理力学参数,并对两端土质围岩进行遇水崩解试验;以实测数据分析各段土质围岩开挖变形和破坏特征,并以此验证地质分段的正确性,同时对土质围岩段设计和施工存在的问题进行了分析。2.针对厦门海底隧道陆域段粘质土围岩和砂质土围岩,运用调研资料和理论分析方法,提出了粘质土围岩和砂质土围岩稳定性的评价指标体系;基于土工试验和调研资料,以强度值比对粘质土和砂质土围岩稳定性指标值进行组合分组,并通过模型试验和数值计算获得了各组合的自稳跨度;根据围岩自稳跨度,建立土质围岩亚级分级方法并对厦门海底隧道陆域段土质围岩进行亚级分级。3.根据调研资料和模型试验,总结和定义土质围岩的破坏模式的同时,分析了土质围岩破坏模式的影响因素;运用临界尺度分析破坏模式的形成、转化和统一机理,在此基础上,提出了发生各破坏模式的理论条件并加以验证;运用该理论条件获得了陆域段各亚级土质围岩可能的破坏模式。4.在分析施工跨度、开挖进尺、初支封闭时间和距离及台阶长度对围岩稳定性影响基础之上,结合自稳跨度研究结果,提出土质围岩施工方法、预加固水平及施工参数的确定原则;根据此原则,研究了双车道、三车道土质隧道的施工工法及预加固水平和厦门海底隧道陆域段土质围岩的施工方法及相关施工参数。5.根据小导管、注浆和正面锚杆的预加固机理,分析它们各自及其组合加固措施与围岩类型和破坏模式的适应性;在适应性分析基础上,通过模型试验分析了它们的预加固效果;根据预加固措施的适应性和加固效果,提出了预加固措施选择原则,并根据此原则获得厦门海底隧道陆域段土质围岩预加固措施。在利用双参数地基模型求解了小导管加固时的扰度及内力后,分析了小导管加固后掌子面的稳定性;以小导管扰度和内力满足设计要求且最优和预加固后掌子面稳定为原则,建立了小导管预加固参数的设计方法,并以此确定了厦门海底隧道各亚级的小导管预加固参数。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题工程背景及意义
• 1.2 国内外研究现状及存在的问题
• 1.2.1 土质围岩稳定性分级研究现状
• 1.2.2 土质围岩开挖破坏研究现状
• 1.2.3 土质围岩预加固研究现状
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 研究方法
• 1.4.1 资料调研
• 1.4.2 土工试件试验
• 1.4.3 模型试验
• 1.4.4 数值试验
• 1.4.5 理论研究
• 1.4.6 工程验证
• 1.5 研究技术路线
• 第2章 厦门海底隧道土质围岩段设计和施工特点
• 2.1 陆域段土质围岩地质分段
• 2.1.1 土质围岩各分段特点
• 2.1.2 各分段物理力学性质
• 2.2 陆域段土质围岩各段的开挖情况
• 2.2.1 围岩开挖变形
• 2.2.2 围岩开挖破坏
• 2.3 陆域段土质围岩各段的设计和施工
• 2.3.1 各段设计和施工
• 2.3.2 设计和施工的不足
• 2.4 本章小结
• 第3章 厦门海底隧道土质围岩自稳性及分级研究
• 3.1 土质围岩自稳跨度
• 3.1.1 自稳跨度定义及分类
• 3.1.2 粘质土围岩自稳跨度
• 3.1.3 砂质土围岩自稳跨度
• 3.2 土质围岩分级方法
• 3.2.1 土质围岩亚级分级标准
• 3.2.3 粘质土围岩亚级分级方法
• 3.2.4 砂质土围岩亚级分级方法
• 3.3 厦门海底隧道陆域段土质围岩亚级分级
• 3.3.1 海底隧道土质围岩分级修正
• 3.3.2 海底隧道陆域段土质围岩分级
• 3.3.3 海底隧道陆域段土质围岩分级验证
• 3.4 本章小结
• 第4章 厦门海底隧道土质围岩开挖破坏模式研究
• 4.1 破坏模式调研分析
• 4.2 破坏模式模型试验研究
• 4.2.1 破坏过程描述
• 4.2.2 土质围岩破坏模式
• 4.2.3 土质围岩破坏模式机理
• 4.2.4 破坏模式影响因素
• 4.3 破坏模式理论分析
• 4.3.1 未支护段破坏模式理论分析
• 4.3.2 掌子面破坏模式理论分析
• 4.3.3 理论分析的验证
• 4.4 厦门海底隧道陆域段土质围岩破坏模式
• 4.4.1 各亚级土质围岩的破坏模式
• 4.4.2 现场土质围岩各地质分段的破坏模式
• 4.5 本章小结
• 第5章 厦门海底隧道土质围岩施工方法研究
• 5.1 土质围岩稳定性的施工影响因素
• 5.1.1 施工工法分部跨度
• 5.1.2 施工进尺
• 5.1.3 初期支护封闭距离和时间
• 5.1.4 台阶长度
• 5.2 土质围岩各亚级施工方法确定原则
• 5.2.1 施工工法的确定原则
• 5.2.2 预加固的确定原则
• 5.2.3 施工进尺的确定原则
• 5.2.4 其它施工参数的确定原则
• 5.3 土质围岩各亚级施工方法确定
• 5.3.1 施工工法及预加固的确定
• 5.3.2 施工进尺的确定
• 5.4 厦门海底隧道土质围岩各段施工方法及参数
• 5.5 本章小结
• 第6章 厦门海底隧道土质围岩预加固研究
• 6.1 土质围岩预加固措施调研
• 6.2 土质围岩预加固措施适应性分析
• 6.2.1 预加固措施的作用机理
• 6.2.2 预加固措施与土质围岩类型适应性
• 6.2.3 预加固措施与土质围岩破坏模式适应性
• 6.3 土质围岩预加固效果模型试验
• 6.3.1 预加固措施对围岩破坏的影响
• 6.3.2 预加固措施对围岩位移的影响
• 6.3.3 预加固措施对初支安全性的影响
• 6.4 土质围岩超前预加固措施力学行为及参数设计
• 6.4.1 小导管超前预加固措施力学行为
• 6.4.2 小导管超前加固后稳定性分析
• 6.5 厦门海底隧道土质围岩段预加固分析
• 6.5.1 土质围岩预加固措施确定原则
• 6.5.2 小导管超前预加固参数设计方法
• 6.5.3 陆域段土质围岩各段预加固措施选择
• 6.5.4 陆域段土质围岩小导管预加固参数设计
• 6.6 本章小结
• 结论
• （一） 本文结论
• （二） 需进一步研究的工作
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文和参加的科研工作