安远隧道软弱围岩大变形机理分析及其处治技术研究

论文摘要

在山区公路建设中为了克服高程对公路线形的制约,缩短行车里程,隧道作为一种特殊的工程构筑物被广为采用。在山岭地区修建公路隧道,难免会遇到各种各样的工程地质灾害。在软弱岩层地质条件下修建隧道,围岩很容易出现大的变形。软岩隧道围岩的变形具有初期变形量值大、速度快的特征,若不加以控制或控制不及时,很容易诱发隧道大变形甚至建筑限界被侵、塌方等事故,既延误工期又威胁施工人员的安全。软弱围岩隧道大变形主要工程问题是造成隧道断面缩小、拱脚下沉、拱腰开裂、基底鼓起、建筑限界受侵等。本文依托连霍国道主干线(GZ45)永登一古浪段高速公路安远隧道监控量测及隧道工程地质超前预测项目,对隧道碳质页岩地质条件下初期支护后拱顶下沉和周边收敛进行监测。通过对所得数据进行分析,得出了软弱岩层隧道洞顶及周边收敛实时与全时段位移变化规律。查阅规范及国内外文献资料确定了该类岩体的各项参数,从而建立了相似度较高的有限元计算分析模型,采用有限元软件对实际工况条件下隧道开挖及支护过程进行了数值模拟仿真,根据模拟结果可以对支护结构的受力性能进行探究。通过监测数据及地质勘察资料验证模拟结果的正确性,将数值模拟结果与监测数据对比分析后,总结出软弱围岩工程地质条件下隧道发生大变形的基本规律。细致地归纳了隧道发生大变形的主要原因,并有针对性的提出了隧道大变形的处理方案,从设计和施工两方面给出了此类软弱围岩条件下隧道开挖后围岩变形的防治方案。本文的研究成果的应用为安远隧道工程的建设提供了理论依据,同时也可为后续的类似工程地质条件下隧道修建提供设计和施工经验,因此具有较好的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 隧道新奥法
• 1.3 软弱围岩隧道相关理论
• 1.3.1 围岩压力理论
• 1.3.2 围岩的应力变化
• 1.3.3 围岩松动圈支护理论
• 1.4 本文研究内容及意义
• 第二章 依托实际工程介绍
• 2.1 依托工程概况
• 2.1.1 概述
• 2.1.2 隧址区工程地质条件
• 2.1.3 隧道工程地质条件评价
• 2.2 隧道工程设计理论与方法
• 2.2.1 隧道工程设计理论
• 2.2.2 隧道工程设计方法
• 2.3 安远隧道工法
• 2.3.1 安远隧道开挖方法
• 2.3.2 安远隧道设计支护类型
• 2.4 安远隧道围岩大变形主要特征
• 2.4.1 安远隧道岩体工程地质特性
• 2.4.2 安远隧道围岩大变形形态介绍
• 2.5 隧道围岩变形
• 2.5.1 隧道围岩变形过程
• 2.5.2 隧道围岩变形的影响因素
• 2.6 本章小结
• 第三章 安远隧道ANSYS数值模拟分析
• 3.1 安远隧道ANSYS有限元分析模型
• 3.1.1 计算前处理
• 3.1.2 单元类型及参数
• 3.1.3 计算模型及施工步骤
• 3.2 安远隧道数值模拟结果分析
• 3.2.1 初始应力场确定
• 3.2.2 围岩应力计算结果分析
• 3.2.3 隧道初期支护结构力学特性及位移分析
• 3.2.4 初期支护结构力学特性分析小结
• 3.2.5 隧道二次衬砌结构力学特性分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 安远隧道监测数据与数值模拟结果对比分析
• 4.1 隧道监控量测目的
• 4.2 安远隧道监控量测数据处理与分析
• 4.2.1 监控量测数据的采集与处理
• 4.2.2 监控量测数据的分析与应用
• 4.3 实测结果与数值模拟对比分析
• 第五章 安远隧道围岩大变形处治技术研究
• 5.1 安远隧道软弱围岩大变形原因分析
• 5.2 安远隧道围岩大变形处治方案
• 5.2.1 大变形段围岩加固措施
• 5.2.2 大变形段初期支护结构更换
• 5.2.3 处治后监控量测数据整理分析
• 5.3 软弱围岩隧道大变形综合防治技术
• 5.3.1 软弱围隧道岩大变形设计防治措施
• 5.3.2 软弱围岩隧道大变形施工防治措施
• 5.4 小结
• 结论与建议
• 主要结论
• 进一步研究建议
• 参考文献
• 致谢