浅埋破碎岩层隧道小导管预支护技术研究

论文摘要

在浅埋破碎岩层地段进行隧道掘进时,为了克服地层稳定性差对隧洞施工的不利影响,往往需要在开挖前对工作面前方地层施加预支护,以保证围岩稳定。本课题在相关领域已有研究成果的基础上,开展浅埋破碎岩层隧道小导管预支护技术研究,主要研究内容与结论如下:(1)阐述了浅埋破碎地层条件下隧道围岩特性,指出破碎岩体的抗剪强度主要受软弱结构面或软弱夹层所控制;(2)对小导管预支护的加固机理及作用效应进行分析,表明预支护能够改善工作面前方围岩的应力状态,提高围岩稳定性。通过建立小导管预支护系统的串并联模型,可以明确预支护各单元间的相互关系,只有当各单元之间达到最佳匹配时,整个系统才能发挥最佳效用;(3)对隧道预支护原理进行深入研究,预支护力由围岩自承能力和支护结构承载力共同组成,它是隧道“围岩—支护”结构体系的承载力,要保证隧道围岩稳定,预支护力就要始终大于施工前保持岩体稳定平衡的原始内力;(4)通过比较不同工况对拱顶竖向位移的影响,表明小导管注浆支护在控制拱顶沉降、维持围岩稳定上发挥了重要作用。进一步探讨了小导管管径、环向间距、注浆管长、开挖步长、隧道埋深等因素对小导管预支护作用效果的影响,得到以下结论:①在管体不注浆情况下,不论改变管径、管长还是环向间距对拱顶竖向和拱肩水平位移的影响都不大;②小导管注浆管长存在合理长度;③在同一隧道埋深下,管体注浆长度对拱顶位移的影响是有限的,当埋深增大到一定值后,小导管预支护已不能满足控制围岩变形的要求,这时需要提高小导管预支护参数或改用其他支护方式。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 预支护技术综述
• 1.2.1 预支护技术主要工法
• 1.2.2 预支护技术研究现状
• 1.3 小导管预支护应用与研究现状
• 1.3.1 小导管预支护技术应用
• 1.3.2 小导管预支护技术研究现状
• 1.4 本课题的研究内容与技术路线
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 技术路线
• 1.4.3 预期目标
• 2 浅埋破碎岩层隧道围岩特性
• 2.1 浅埋破碎岩层隧道围岩特性
• 2.1.1 浅埋隧道定义及特点
• 2.1.2 破碎岩体定义及特性
• 2.2 浅埋破碎岩层隧道围岩荷载解析解
• 2.3 浅埋破碎岩层隧道围岩稳定性
• 2.3.1 影响围岩稳定性的主要因素
• 2.3.2 隧道围岩破坏形态
• 2.3.3 围岩稳定性分析方法及稳定性判据
• 2.4 本章小结
• 3 小导管预支护原理
• 3.1 预支护原理
• 3.1.1 隧道围岩的平衡稳定问题
• 3.1.2 支护能量最小原理
• 3.1.3 围岩自承能力的力学机制
• 3.1.4 预支护原理
• 3.1.5 强预支护原理
• 3.2 小导管预支护结构作用机理
• 3.2.1 小导管注浆作用机理
• 3.2.2 小导管注浆预支护结构系统
• 3.2.3 小导管注浆预支护的拱效应
• 3.3 本章小结
• 4 小导管预支护效果分析
• 4.1 FLAC 简介
• 4.2 浅埋破碎岩层隧道计算模型建立
• 4.2.1 支护措施的处理
• 4.2.2 模型及材料模拟参数选取
• 4.3 小导管预支护效果分析
• 4.3.1 不同开挖步长下的预支护效果
• 4.3.2 不同隧道埋深下的预支护效果
• 4.4 本章小结
• 5 小导管预支护参数设计与优化
• 5.1 小导管预支护参数设计
• 5.1.1 小导管参数设计
• 5.1.2 注浆参数设计
• 5.2 小导管预支护参数优化
• 5.2.1 小导管管径与环间距
• 5.2.2 小导管管长
• 5.3 本章小结
• 6 结论
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录