软弱围岩隧道合理支护型式研究

论文摘要

本文以包家山特长公路隧道为依托工程,在现场试验的基础上,结合现场施工情况进行了理论分析,提出在软弱围岩隧道中,使用复合式衬砌结构时初期支护可采用“钢喷”支护型式,并在“钢喷”支护型式中取消了系统锚杆,整个支护结构由型钢拱架（或格栅拱架）+喷射混凝土+钢筋网+锁脚锚杆（或锚管）+纵向连接筋组成,其中锁脚锚杆（或锚管）安装在钢架连接处,尾端与钢架焊接,起固定钢架作用,以保持支护结构的稳定性。为了对采用“钢喷”支护型式的隧道衬砌可靠性进行评价,通过现场试验和有限元数值模拟分析两种方法,对隧道衬砌结构在安全性、稳定性、经济性方面作了综合评估。现场试验量测内容包括围岩压力、初期支护的周边位移、型钢拱架应力、喷射混凝土应力、锁脚锚杆轴力、纵向连接筋应力、初期支护与二次衬砌接触压力、二衬混凝土应力及二次衬砌净空收敛等。数值计算采用MIDAS/GTS有限元分析软件,对包家山隧道的施工过程进行模拟,对支护结构受力和变形进行分析。监测及计算结果表明:试验段内隧道围岩稳定;初期支护与二次衬砌受力安全,工作状态良好,有足够的安全储备。取消系统锚杆,在保证隧道结构稳定和施工安全的基础上,不仅减少了施工工序,缩短了工序循环时间,且大幅度地降低了工程造价。以上表明,在软弱围岩隧道中采用“钢喷”支护型式是可行的,在采用复合式衬砌结构时,由“钢喷”支护和二次衬砌组成的支护结构是软弱围岩隧道中的一种合理支护型式。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 隧道支护结构理论的发展
• 1.1.2 隧道工程新奥法支护的一般原理
• 1.2 国内外隧道锚杆支护的研究现状及存在的问题
• 1.2.1 国内外对锚杆支护作用机理的研究
• 1.2.2 国内外对锚喷支护作用效果的模型试验研究
• 1.2.3 问题的提出
• 1.3 本文的研究内容与方法
• 第二章 现场监控量测的规划与实施
• 2.1 依托工程概况
• 2.2 现场监控量测的目的与要求
• 2.2.1 现场监控量测的目的
• 2.2.2 对现场监控量测手段的要求
• 2.3 现场监控量测的内容与方法
• 2.3.1 监测传感器的基本要求
• 2.3.2 常用传感器的类型和工作原理
• 2.3.3 现场试验监控量测项目及量测频率
• 2.4 现场监控量测的规划与实施
• 2.4.1 试验段的确定及监测断面的量测元件布置情况
• 2.4.2 量测元件的现场埋设
• 第三章 现场监控量测数据处理与应用依据
• 3.1 现场监控数据的采集与整理
• 3.2 现场监控数据的处理目的、内容及方法
• 3.3 隧道围岩稳定性及各阶段支护效果的判别标准
• 3.3.1 围岩压力的判别标准
• 3.3.2 周边位移收敛的判别标准（施工管理标准）
• 3.3.3 喷射混凝土可靠性的判别标准
• 3.3.4 型钢拱架可靠性的判别标准
• 3.3.5 锚杆与纵向连接筋可靠性的判别标准
• 3.3.6 二次衬砌净空收敛的判别标准
• 3.3.7 二次衬砌可靠性的判别标准
• 第四章 现场监控量测结果及分析
• 4.1 初期支护阶段监控量测结果及分析
• 4.1.1 围岩压力
• 4.1.2 隧道周边位移
• 4.1.3 喷射混凝土应力
• 4.1.4 型钢拱架应力
• 4.1.5 纵向连接筋应力
• 4.1.6 锁脚锚杆轴力
• 4.2 二次衬砌阶段监控量测结果及分析
• 4.2.1 初期支护与二次衬砌间接触压力
• 4.2.2 二次衬砌混凝土应力
• 4.2.3 二次衬砌净空收敛
• 4.3 现场监控量测结果汇总及分析
• 4.3.1 周边位移及净空收敛量测结果汇总及分析
• 4.3.2 围岩压力及初期支护与二次衬砌接触压力量测结果的汇总及分析
• 4.3.3 喷射混凝土与二次衬砌混凝土应力量测结果汇总及分析
• 4.3.4 型钢拱架应力量测结果汇总及分析
• 4.4 小结
• 第五章 数值模拟分析
• 5.1 目前常用的公路隧道结构计算方法
• 5.2 有限元理论概述
• 5.3 隧道施工过程的MIDAS/GTS 实现
• 5.3.1 荷载的确定
• 5.3.2 约束的确定
• 5.3.3 施工过程的MIDAS/GTS 实现
• 5.3.4 计算假定
• 5.3.5 计算参数的选取
• 5.4 有限元计算结果及分析
• 5.4.1 初期支护计算结果与分析
• 5.4.2 二次衬砌计算结果与分析
• 5.5 小结
• 结论与建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目
• 致谢