薛城隧道围岩大变形机理与控制研究

论文摘要

随着现代交通的迅速发展,隧道工程修建越来越多。当今世界是地下工程的世界,同时深埋隧道的不断出现,隧道穿越高地应力和软岩都会出现不同程度的围岩大变形灾害问题。因此,对围岩大变形的防治和处理方案研究显得更重要。本文作者通过对国内外各长大变形隧道围岩变形情况的详细阐述,从隧道岩性条件、支护约束、工程环境、变形量、变形机理等方面,探讨隧道围岩变形并详细分析围岩大变形。隧道施工采用超前地质预报分析地质情况,同时对现场监控量测数据进行数值模拟和位移反分析,以期预测大变形趋势。施工过程通过监控量测成果,采用工程类比,进行数据分析处理,预测大变形情况。在易发生大变形隧道地段采用短台阶法开挖、锚网喷注加钢架联合支护技术手段可满足施工要求。通过数值分析方法,模拟其开挖与支护,掌握围岩变形与支护力学规律,指明支护的薄弱部位,配合施工监控量测,利用反分析所得围岩参数,指导数值分析。本文结合薛城隧道建立了一套适合隧道围岩大变形的控制体系,隧道开挖前,调查地质情况,进行地质超前预报,采用工程类比方式,判别围岩类型,并进行数值模拟,判断大变形情况,提出适合的开挖方法与相应的支护措施,并施工过程进行监控量测及进行数据分析判断,得出围岩参数,优化数值模拟参数,使计算接近工程实际,指导下步施工。实践证明,本文所作研究,在技术上可行,经济上合理,对于类似工程具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 隧道软弱围岩大变形研究现状
• 1.3 本文研究主要目标与内容
• 1.3.1 本文主要研究内容
• 1.3.2 本文主要研究技术路线
• 2 隧道围岩大变形机理研究
• 2.1 国内外软弱围岩隧道大变形实例
• 2.2 软弱围岩大变形的定义
• 2.3 软弱围岩大变形形成演化机理
• 2.3.1 软弱围岩大变形的基本特征及变形分析
• 2.3.2 膨胀性软弱围岩大变形的基本特征及机理
• 2.4 围岩大变形现场实例分析
• 2.4.1 工程地质背景
• 2.4.2 隧道围岩变形破坏特征与过程
• 3 隧道软弱围岩大变形力学机理研究
• 3.1 隧道软弱围岩的力学分析
• 3.1.1 隧道围岩应力变形线弹性分析
• 3.1.2 隧道围岩应力变形弹塑性分析
• 3.2 隧道软弱围岩的流变分析
• 3.3 隧道软弱围岩的有限变形力学初探
• 3.4 经典小变形理论的局限性
• 3.5 拖带坐标系与S-R和分解理论
• 3.6 本章小结
• 4 薛城隧道围岩大变形及支护结构数值模拟研究
• 4.1 工程概况
• 4.1.1 工程地质概况
• 4.1.2 隧道支护原则与支护参数
• 4.1.3 隧道施工工艺
• 4.1.4 数值模拟典型断面选择
• 4.1.5 模型参数的确定
• 4.1.6 模型的建立
• 4.2 数值模拟计算结果分析
• 4.3 围岩位移场变化分析
• 4.4 围岩应力场变化分析
• 4.5 变更设计支护工况合理性分析
• 4.6 围岩大变形支护结构的优化设计
• 4.7 本章小结
• 5 薛城隧道围岩变形位移反分析
• 5.1 数据来源
• 5.2 反分析意义
• 5.3 反分析方法
• 5.4 反分析主要内容
• 5.5 K29+404断面分析
• 5.6 K29+410断面分析
• 5.7 K29+425断面分析
• 5.8 反分析结论分析
• 6 控制软弱围岩大变形工程措施及施工监测分析
• 6.1 监控量测目的与意义
• 6.2 监控量测内容
• 6.3 监控量测实施原则
• 6.3.1 量测频率
• 6.3.2 测试方法
• 6.3.3 掌子面及支护观察
• 6.3.4 拱顶下沉及水平收敛
• 6.4 隧道大变形监测系统方案
• 6.5 薛城隧道大变形灾害监测成果分析
• 7 结论
• 8 建议
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表学术论文情况
• 致谢