软弱围岩隧道动态变形规律及信息化施工技术研究

论文摘要

在山岭重丘地区的隧道建设中,很多隧道修建在软弱围岩地段。目前的研究主要集中在地铁隧道及大跨径连拱隧道方面。而且,在关于隧道施工及其监控量测的研究中,受条件的限制,人们往往采用单一的方法开展施工前期预测、开挖数值模拟及实测数据回归分析,因此,有必要对山岭重丘地段软弱围岩隧道施工及其监控量测开展深入的研究。鉴此,文章结合独岩隧道工程实例:1.在分析适应用性条件的基础上,建立随机介质理论独岩隧道地表移动与变形模型,并选择相应计算参数,使用Mathematica软件进行数值积分,预测了独岩隧道地表移动与变形量及其规律;2.使用FLAC软件,建立独岩隧道数值分析模型,动态模拟隧道开挖实际过程,获得了围岩动态变形规律;3.合理布置隧道内部和地表监控量测断面,进行现场监测,并对实测数据进行了回归分析。通过对随机介质预测结果、数值模拟分析结果、实测值及其回归分析结果的对比分析,从定量上来看,三者结果略有差异;从定性上来看,三者结果变化趋势基本吻合。由此说明:前期的随机介质模型预测结果和开挖过程中的FLAC动态模拟结果都反映了现场监测信息,三者相辅相成,起到了很好的为隧道施工服务的作用,实现了完整意义上的信息化施工。对上述三种方法进行综合对比分析,反馈设计修改及指导施工,使独岩隧道的施工纳入科学的动态管理之中,较好地解决了施工中存在的各种问题,保证了施工的质量与安全。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的研究内容
• 第二章 地表的随机介质变形规律及沉降预计
• 2.1 随机介质理论
• 2.1.1 理论简介
• 2.1.2 基本原理及模型
• 2.2 地表移动问题的随机介质计算方法
• 2.2.1 单元开挖
• 2.2.2 任意开挖
• 2.3 独岩隧道地表移动与变形模型及其数值实现
• 2.3.1 模型的建立
• 2.3.2 模型的数值实现
• 2.4 MATHEMATICA 计算及结果分析
• 2.4.1 计算参数
• 2.4.2 计算结果对比分析
• 2.5 随机介质理论预计地表沉降
• 2.6 小结
• 第三章 隧道施工的动态数值模拟分析
• 3.1 FLAC 显式有限差分的特点及其计算原理
• 3.1.1 FLAC 显式有限差分形式的特点
• 3.1.2 FLAC 显式有限差分计算原理
• 3.2 本构模型的选取
• 3.2.1 各种本构模型适用性比较
• 3.2.2 Mohr-Coulomb 本构模型
• 3.3 数值分析模型的建立
• 3.3.1 计算范围
• 3.3.2 支护条件
• 3.3.3 计算参数
• 3.4 独岩隧道上下台阶施工动态模拟及结果分析
• 3.4.1 上下台阶施工动态模拟
• 3.4.2 模型1 动态模拟结果分析
• 3.4.3 模型2 动态模拟结果分析
• 3.4.4 模型1 和模型2 分析结果对比
• 3.5 小结
• 第四章 独岩隧道施工监控量测及其结果分析
• 4.1 独岩隧道工程概况
• 4.1.1 工程地质及水文地质概况
• 4.1.2 隧道及其支护体系设计概况
• 4.2 NATM 监控量测及其开展情况
• 4.2.1 NATM 及其监控量测概述
• 4.2.2 监控量测工作要求
• 4.2.3 独岩隧道监控量测的开展情况
• 4.3 监控量测数据处理目的、方法
• 4.3.1 量测数据处理目的
• 4.3.2 量测数据处理方法
• 4.4 围岩稳定性判断及二衬施作时间控制
• 4.4.1 围岩稳定性判断
• 4.4.2 二衬施作时间控制
• 4.5 独岩隧道NATM 监控量测实测结果分析
• 4.5.1 洞周收敛量测结果分析
• 4.5.2 拱顶沉降量测结果分析
• 4.5.3 K1+925 断面地表沉降量测结果分析
• 4.6 K1+700 断面随机介质理论、FLAC 数值模拟和实测结果对比
• 4.7 小结
• 第五章 信息化施工技术在独岩隧道的应用
• 5.1 出口端拱顶未回填密实
• 5.2 钢支撑拱脚悬空
• 5.3 强爆破引起的局部塌方
• 5.4 进口端综合治理
• 5.4.1 量测数据等监测信息综合分析
• 5.4.2 信息反馈并指导施工
• 5.4.3 经验总结
• 5.5 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录 B 攻读硕士学位期间参加的科研项目