共和隧道围岩大变形机制及防治措施研究

论文摘要

随着我国基础建设事业的高速发展和西部大开发的进一步推进,我国的公路工程、铁路工程和地下工程迅猛发展,大量长大、深埋隧道工程纷纷上马,穿越高地应力区以及遇到软弱围岩体,常导致围岩大变形等相关地质灾害,围岩大变形是地下工程中危害极大的一种地质灾害。共和隧道施工至今,已经多次出现大变形险情,掌握大变形的形成机制,制定有效的防治措施,对保证共和隧道工程的顺利施工有着非常重要的意义。本文阐明了共和隧道工程区域的地质条件,基于大量的施工现场跟踪调研资料,研究共和隧道围岩大变形的形成机制;在工程地质分析的基础上,运用地下工程现代支护理论和施工理念,结合数值模拟方法和现代监测技术,从围岩大变形的机制、支护措施、信息化预测三个方面对大变形的防治进行了探讨。主要获得以下研究成果:①通过隧道围岩变形破裂特征跟踪调研,对共和隧道围岩大变形的机制、破坏模式进行了研究。根据围岩变形的受控条件将围岩大变形划分为围岩岩性控制型和岩体结构控制型两大类。②建立了一套以围岩地质分析为基础、以ABAQUS数值模拟分析各种支护结构加固围岩的机理为工具、以围岩支护效果监测为检验手段的隧道围岩支护对策的思路。③通过对共和隧道支护结构的加固机理研究,认为围岩大变形支护采用锚杆、钢筋网喷射混凝土、钢拱架和超前管棚的联合支护结构对软弱围岩大变形隧道具有良好的支护效果。④通过数值模拟和围岩支护的监测成果分析以及实践检验,认为类似共和隧道围岩地质条件所发生的轻度围岩大变形,通过增大支护结构刚度进行防治效果显著。⑤从理论上阐明了大变形预测的几个基本问题,形成了一套较完整的大变形预测方案,在典型洞段的具体应用效果说明了该预测方案的有效性和适用性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究意义及选题依据
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 地应力场研究
• 1.2.2 围岩大变形的定义
• 1.2.3 围岩大变形的机制
• 1.2.4 围岩稳定性分析的理论研究
• 1.2.5 围岩大变形的支护
• 1.2.6 围岩大变形的预测与监控
• 1.3 主要研究内容与技术路线
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 2 共和隧道工程区域地质环境概况
• 2.1 工程概述
• 2.2 地层岩性
• 2.3 地质构造及地震
• 2.4 不良地质现象
• 2.4.1 瓦斯
• 2.4.2 顺层偏压
• 2.4.3 围岩二次变形
• 2.5 隧道水文地质
• 2.6 隧道围岩分级与工程地质评价
• 2.6.1 围岩分级
• 2.6.2 工程地质评价
• 2.7 小结
• 3 隧道围岩大变形机制、模式及分级研究
• 3.1 国内外隧道围岩大变形实例
• 3.2 隧道围岩大变形的定义
• 3.3 隧道围岩大变形机制研究
• 3.3.1 围岩岩性控制型
• 3.3.2 岩体结构控制型
• 3.3.3 应力扩容型
• 3.3.4 人工采掘开挖扰动控制型
• 3.4 隧道围岩大变形破坏模式
• 3.5 隧道围岩大变形的分级研究
• 3.6 共和隧道围岩大变形原因及机制分析
• 3.6.1 共和隧道围岩变形的特征
• 3.6.2 共和隧道围岩大变形原因分析
• 3.6.3 共和隧道围岩大变形机制分析
• 3.7 小结
• 4 共和隧道围岩大变形支护措施研究
• 4.1 隧道支护理论研究
• 4.1.1 地下洞室开挖后围岩应力分析
• 4.1.2 围岩大变形支护原理
• 4.1.3 围岩支护抗力计算
• 4.1.4 围岩与支护结构的作用机理分析
• 4.1.5 新奥法隧道支护理论
• 4.2 共和隧道岩石力学参数室内试验
• 4.2.1 力学性能测试系统
• 4.2.2 力学参数测试结果
• 4.3 基于ABAQUS 的围岩稳定性数值模拟研究
• 4.3.1 ABAQUS 有限元软件简介
• 4.3.2 有限元模型及其参数选取
• 4.3.3 边界条件
• 4.3.4 数值模拟计算步骤
• 4.3.5 数值模拟结果和分析
• 4.4 共和隧道围岩大变形支护措施
• 4.4.1 隧道围岩支护原则
• 4.4.2 隧道衬砌及支护措施预设计
• 4.4.3 隧道围岩松动圈探测
• 4.4.4 隧道施工阶段围岩支护措施
• 4.5 共和隧道现场监控量测
• 4.5.1 监控量测方案
• 4.5.2 监控量测成果分析
• 4.6 小结
• 5 共和隧道围岩大变形预测研究
• 5.1 大变形预测的几个基本问题
• 5.2 围岩大变形预测参数
• 5.3 围岩大变形预测准则
• 5.4 共和隧道围岩大变形预测预报
• 5.4.1 地应力测试
• 5.4.2 地质调查分析预测
• 5.4.3 数值模拟预测
• 5.4.4 施工阶段监控量测预测
• 5.5 小结
• 6 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 几点建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录