高海拔区公路隧道穿越大断层施工和监测技术研究

论文摘要

公路运输是国民经济发展的基础,是社会生产、流通、分配和消费各个环节正常运转、协调发展的先决条件,而公路隧道建设在提高公路等级和运营效能方面起着至关重要的作用。隧道穿越大断层及其破碎带是隧道施工中遇到的难度大、易塌方、突水突泥等不良地质事故的地段,因此在隧道施工建设中,分析、研究如何通过施工及监测技术来保障其安全、快速、环保的通过大断层及其破碎带,减小不良地质现象对施工产生的不利影响是非常重要的。本论文基于新疆在建的玉希莫勒盖隧道,通过对隧道超前地质预报技术、断层破碎带的施工技术、爆破控制措施、防突水突泥及排水保温措施、施工开挖方案的数值计算分析对比、施工监控量测以及塌方事故分析处理等方面进行了系统地研究,主要得到以下认识和研究成果:1.隧道施工建设通过断层破碎带等不良地质段时,必须提高重视程度、加强超前地质预报,文中提出了综合超前地质预报方法,对开挖面前方围岩性质进行了较准确的预测。2.通过对玉希莫勒盖隧道施工技术研究,对隧道穿越大断层的相关灾害控制措施进行了分析探讨。表明在断层破碎带隧道施工中应加强预支护,采用及时封闭成环的初期支护,才能有效预防塌方、突水突泥等不良地质灾害。3.通过ANSYS有限元数值模拟技术研究应力场、位移场的分布以及支护参数的可靠性等为开挖方案的选择提供技术支撑,通过技术经济性和围岩稳定性的比较来选择最优施工方案,最终确定留核心土短台阶法为断层破碎带隧道的优选施工方案,同时,对相同开挖方案不同支护参数情况进行简单的对比分析,表明了预支护的措施的必要性。4.通过对隧道断层破碎带段实测结果进行分析总结,运用拟合曲线法对位移最终值进行预测,验证支护结构设计的合理性,为支护参数的调整和二衬的施作时机提供科学依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出和选题依据
• 1.2 国内外研究现状和研究意义
• 1.2.1 国内外研究现状
• 1.2.2 研究意义
• 1.3 本文的研究内容及研究方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 1.4 本文采用的技术线路、实验方案及可行性分析
• 1.4.1 技术线路
• 1.4.2 实验方案
• 1.4.3 可行性分析
• 1.5 依托工程背景概述
• 第2章 断层及对隧道工程的影响
• 2.1 断层的一般规律
• 2.1.1 断层要素
• 2.1.2 断层的主要类型
• 2.1.3 断层的特征和识别
• 2.1.4 断层的工程地质评价
• 2.2 断层对隧道建设的影响
• 2.2.1 影响作用
• 2.2.2 常见的主要工程地质问题
• 2.2.3 防护措施及技术对比分析
• 2.2.4 断层对隧道影响的实例
• 2.3 小结
• 第3章 隧道超前地质预报
• 3.1 预报方法的选择
• 3.1.1 选择原则
• 3.1.2 地球物理探测方法
• 3.1.3 水平钻超前探测
• 3.1.4 常规地质法
• 3.1.5 红外探水
• 3.1.6 洞内涌突水的实时监测
• 3.2 综合超前地质预报法
• 3.2.1 综合超前地质预报法的提出
• 3.2.2 综合超前地质预报法的预测结果
• 3.3 小结
• 第4章 隧道施工工艺和技术措施
• 4.1 超前支护施工
• 4.1.1 超前锚杆和超前小钢管
• 4.1.2 超前小导管注浆
• 4.2 初期支护
• 4.2.1 锚杆施工
• 4.2.2 喷射混凝土施工
• 4.2.3 钢拱架
• 4.3 爆破控制措施
• 4.3.1 断层破碎带岩层的爆破技术
• 4.3.2 断层破碎带的爆破施工方法和技术措施
• 4.4 断层破碎带防治突水突泥设计方案
• 4.4.1 注浆加固防突水突泥
• 4.4.2 玉希莫勒盖隧道防突水突泥措施
• 4.5 隧道排水措施
• 4.5.1 隧道洞内排水
• 4.5.2 无压防寒泄水洞及其排水横洞排水
• 4.5.3 洞内边沟排水
• 4.5.4 地面排水
• 4.6 通风措施
• 4.7 小结
• 第5章 开挖方案数值模拟与方案比选
• 5.1 开挖方案的比较
• 5.2 留核心土短台阶法的施工方案和数值模拟
• 5.2.1 施工工序和施工技术保障措施
• 5.2.2 施工开挖方案的数值模拟
• 5.2.3 台阶法数值模拟结果
• 5.3 CRD 法的施工方案和数值模拟
• 5.3.1 施工工序和技术保障措施
• 5.3.2 CRD 施工开挖方案的数值模拟
• 5.4 两种方案的安全可靠性和技术经济比较和优选
• 5.4.1 技术安全性比较
• 5.4.2 围岩稳定性比较
• 5.4.3 开挖技术方案的优选
• 5.4.4 支护方案的优选
• 5.5 小结
• 第6章 监控量测分析和信息反馈
• 6.1 监控量测计划与实施
• 6.1.1 监控设计的原理与方法
• 6.1.2 现场量测的目的和意义
• 6.1.3 监测内容
• 6.2 监测结果
• 6.2.1 位移量测
• 6.2.2 锚杆轴力
• 6.2.3 支护压力
• 6.3 最终值的预测及信息反馈
• 6.3.1 位移最终值的预测
• 6.3.2 监测信息反馈
• 6.3.3 玉希莫勒盖隧道塌方分析及处理措施
• 6.4 小结
• 第7章 结论和展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论著、取得的科研成果