隧道浅埋偏压段数值模拟和监控量测技术研究

论文摘要

隧道的浅埋偏压段地层较薄,多属于强风化带,围岩一般比较破碎,而且通常夹有土层。在目前以新奥法设计、施工的隧道中是控制段之一。作为新奥法三大支柱之一的监控量测对保证浅埋偏压隧道工程的顺利实施具有重要作用。本文以黄（山）塔（岭）高速公路上的长干1号隧道的浅埋偏压段为依托工程。首先选取了该浅埋偏压段的一个典型断面冲沟沟底K13+610处,对该断面开挖过程和支护结构的性状,运用隧道分析软件ANSYS进行了仿真模拟分析,找出危险局部以便在施工中多加注意。分析结果显示按给定的条件和参数,隧道的施工开挖和支护是安全并有富余的。在工程实际中,从监控量测掌握的信息出发,给出了隧道在浅埋偏压冲沟段实际开挖过程中遇到的问题及采取的工程措施。如在浅埋破碎围岩段开挖中出现了渗漏水,根据强度的大小采取相应的措施,必要时可将单层小导管超前支护改为双层小导管支护,来加固密室围岩;用适当加长的小导管注浆来代替系统锚杆以便加固和密实围岩,防水堵水。对比了模拟开挖和实际开挖,对比显示模拟结构也在一定程度上确实反映了实际状况,具有重要的参考价值。但模拟结果与实际情况也不尽相同,分析原因是由于围岩分布不均、施工过程中突然的降水、施工质量不完善等等一系列问题无法在模拟软件中完全表现出来。从隧道正常施工直到遇到问题到最后问题的解决,始终贯穿这监控量测的影子,监控量测起到了“眼睛”的作用。本文接着详细介绍了在浅埋偏压段如何开展监控量测工作以保证施工。监控量测包括必测项目和选测项目。本文对必测、选测项目各个单项开展的目的、方法、量测频率和数据的采集、处理、反馈进行了详细的介绍。得出在浅埋偏压段的地质和支护状况观察的项目中要十分注意对隧道渗漏水的观察,对于隧道周边位移和地表下沉项目,在浅埋偏压段应适当加密测点和加大量测频率,以能及时有效的反映隧道实际情况。总之,监控量测是新奥法修建隧道必不可少的组成部分。对隧道的浅埋偏压段进行积极有效的监控量测,对工程的顺利、安全进行尤为重要。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 现代公路隧道的主要特点
• 1.1.2 浅埋大断面隧道定义
• 1.1.3 软弱围岩中大跨度浅埋隧道施工监控技术发展现状
• 1.2 国内外监控量测研究概况
• 1.3 论文依托工程概况
• 1.3.1 工程背景
• 1.3.2 工程概况
• 1.4 研究思路和内容
• 1.4.1 研究思路
• 1.4.2 研究内容
• 第二章 隧道浅埋偏压段施工过程的数值模拟
• 2.1 概述
• 2.2 ANSYS应用软件的介绍
• 2.2.1 ANSYS概述
• 2.3 ANSYS在隧道中的应用理论
• 2.3.1 工程问题的解决方案
• 2.3.2 数值分析与有限单元法
• 2.3.3 隧道开挖过程模拟
• 2.4 隧道结构计算模型的假定
• 2.4.1 本构关系的选取及屈服准则的确定
• 2.4.2 模型的基本假定
• 2.5 隧道边界条件的确定
• 2.6 隧道结构单元类型及材料属性
• 2.7 仿真结果分析
• 2.7.1 V级围岩K13+610断面计算模型
• 2.7.2 隧道拱顶下沉和拱腰收敛模拟结果分析
• 2.7.3 隧道围岩压力模拟结果分析
• 2.7.4 隧道初支护结构性状仿真结果与实测结果分析比较
• 2.8 本章小节
• 第三章 隧道浅埋偏压段施工工程措施
• 3.1 隧道浅埋偏压冲沟段设计中的工程措施
• 3.1.1 衬砌结构设计
• 3.1.2 隧道动态施工、设计
• 3.1.3 防排水工程
• 3.1.4 施工方案设计
• 3.2 各工程措施的施工工艺
• 3.2.1 超前支护
• 3.2.2 初期支护
• 3.2.3 二次衬砌
• 3.3 与实际工程的对比
• 3.3.1 工程实际开挖过程
• 3.3.2 对比分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 浅埋偏压隧道的监控量测
• 4.1 概述
• 4.1.1 隧道施工监控量测的意义
• 4.1.2 监控量测的依据
• 4.2 隧道监控量测实施内容
• 4.2.1 地质和支护状况观察
• 4.2.2 隧道周边收敛与拱顶下沉
• 4.2.3 锚杆轴力量测
• 4.2.4 地表下沉数据采集和处理
• 4.2.5 其它项目数据采集和处理
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢