大跨度小间距隧道围岩稳定性研究

论文摘要

随着高等级公路的飞速发展,公路隧道也呈现出数量快速增长、形式层出不穷的趋势,大跨度小净距隧道代表着公路隧道发展的一个方向。大跨度小净距隧道具有提高了公路的通行能力,克服工程场地的限制等多方面优点,但是其结构形式也决定了这种隧道具有施工难度大,安全风险高等问题。本文将结合东莞市虎门镇牛头山隧道,对双向八车道小净距隧道围岩稳定性进行研究,以期优化设计和施工。从弹塑性力学角度,对围岩初始地应力场、圆形洞室开挖后围岩应力、塑性区应力与半径进行分析,明确隧道开挖后围岩受力机理,进一步引入双剪理论,推导在考虑中间主应力条件下围岩塑性区半径和位移。结合牛头山隧道施工监控及现场测试资料,对隧道关键部位的位移、支护结构的受力情况进行分析,结果表明施工过程中应该重点加强中间岩柱和拱腰的支护。建立有限差分模型,计算大跨度小净距隧道在台阶法、双侧壁法和单侧壁法施工条件下中间岩柱的受力、塑性区分布情况,分析表明Ⅴ级围岩条件下,双侧壁法对控制围岩位移和保护中间岩柱稳定性较为有利,而台阶法则不适用于Ⅴ级围岩。建立无支护隧道模型,以塑性区不贯通为判据,分析了Ⅴ级围岩条件下无支护隧道最小合理间距,而Ⅳ级围岩条件下无支护隧道最小合理间距则采用新引入的屈服接近度来分析。此外,还建立了有支护条件下的隧道模型,分析了在Ⅴ级围岩条件下最小合理间距。通过三维模型对不同施工间距下循环开挖过程进行模拟,分析各循环步应力应变值变化规律,结果表明,开挖进深对目标断面的影响主要集中在开挖面后一倍洞跨范围内,两隧道掌子面保持一倍洞跨间距较为合理。依据计算的结果及隧道施工过程中围岩变化的规律,针对牛头山隧道现行的设计净距以及施工方法进行了优化调整。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 大跨度小净距隧道研究现状
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第二章 围岩应力与位移理论研究
• 2.1 初始地应力
• 2.2 圆形隧道围岩弹性解析
• 2.3 圆形隧道围岩弹塑性解析
• 2.4 基于双剪强度理论圆形隧道围岩弹塑性解析
• 2.5 本章小结
• 第三章 牛头山隧道工程概况与监控量测
• 3.1 工程概况
• 3.2 隧道设计与施工
• 3.3 监控量项目及方法
• 3.4 监测数据的分析与信息反馈
• 3.5 监测成果分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 大跨度小间距隧道施工工法研究
• 4.1 FLAC-3D 简介
• 4.2 模型的建立
• 4.3 各工法模拟结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 大跨度小净距隧道最小合理净距研究
• 5.1 无支护Ⅴ级围岩下隧道最小合理间距
• 5.2 无支护Ⅳ级围岩下隧道最小合理间距
• 5.3 考虑支护和施工过程影响的隧道最小合理间距
• 5.4 本章小结
• 第六章 大跨度小净距隧道合理施工间距研究
• 6.1 模型的建立
• 6.2 应力计算结果分析
• 6.3 塑性区计算结果分析
• 6.4 围岩位移计算结果分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 不足与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 （攻读硕士学位期间发表的论文及参与的课题）