软弱围岩中小净距公路隧道的稳定性研究

论文摘要

由于我国中西部地区地质、地形条件复杂,在今后的高速公路建设中将会遇到大量的隧道工程。受地形与特殊地质条件的限制,接线的考虑,小净距隧道这种特殊结构形式将会经常出现。基于前人对小净距隧道设计与施工方法、中间岩柱加固的研究成果的调查,发现对煤系软弱围岩中小净距隧道的相关研究还比较少。本文以萍洪高速洪口界隧道为依托,运用FLAC数值模拟软件建立了11个不同净距的模型,并研究在煤系软弱围岩条件下隧道稳定性问题,及Ⅳ级与Ⅴ级围岩隧道合理净距与施工方法的选择。本论文进行的主要工作及所取得的成果包括:(1)分析了煤系软岩的物理性质和工程力学特点,及其对隧道稳定性的不利影响:(2)分析无支护和有支护条件下不同净距的对隧道稳定性的影响,根据隧道塑性影响区分布和隧道周边位移,确定Ⅳ级与Ⅴ级围岩的合适的隧道净距;(3)考虑煤系软岩(主要是炭质页岩等)在隧道开挖情况的一个岩体参数弱化的过程,通过数值模拟的分析研究其规律:(4)根据洪口界隧道的现实情况,对不同围岩级别条件下和埋深条件下不同的施工工法进行了模拟,提供适合洪口界隧道施工的施工工法;(5)针对煤系地层的特殊性质,提供一套煤系地层防瓦斯的施工方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外发展现状
• 1.3 洪口界隧道工程概述
• 1.3.1 工程概况
• 1.3.2 地形地貌
• 1.3.3 工程地质条件
• 1.3.4 水文地质条件
• 1.3.5 区域地质构造
• 1.4 本文章研究的内容和意义
• 1.4.1 研究意义
• 1.4.2 研究内容
• 第二章 软弱围岩的工程地质特性
• 2.1 软岩的定义
• 2.2 软岩的分类
• 2.2.1 普氏分级法
• 2.2.2 按岩体特性及变形机理分类
• 2.2.3 软岩软化程度分类
• 2.3 软岩的成分
• 2.4 软岩的工程力学特性
• 2.4.1 可塑性
• 2.4.2 膨胀性
• 2.4.3 崩解性
• 2.4.4 流变性
• 2.4.5 软岩的易扰动性
• 第三章 隧道开挖模拟的相关理论及模型的选择
• 3.1 数值方法的概况
• 3.2 软弱围岩的建模原理
• 3.3 FLAC的原理
• 3.4 摩尔—库仑模型
• 3.5 隧道施工过程的数值模拟方法及FLAC实现
• 3.5.1 小净距隧道净距合理取值的影响因素
• 3.5.2 地应力场的模拟
• 3.5.3 边界条件的确定
• 3.5.4 释放荷载的计算
• 第四章 软弱围岩条件下隧道净距的选择研究
• 4.1 隧道施工过程的模拟
• 4.1.1 开挖与支护结构的模拟
• 4.1.2 地应力逐步释放的模拟
• 4.2 计算参数的选取
• 4.2.1 用Bieniawski岩体分类指数RMR估算岩体参数
• 4.2.2 用巴顿岩体质量Q分类体系确定岩体分类指数RMR
• 4.2.3 用规范估算岩体力学参数
• 4.2.4 本文计算所取的参数
• 4.3 计算模型的建立
• 4.4 净距对软弱围岩稳定性的影响
• 4.4.1 Ⅳ级与Ⅴ级围岩中无支护隧道塑性区分布
• 4.4.2 有支护时净距对隧道的分析
• 4.5 围岩参数弱化的影响
• 第五章 小净距隧道施工方法和中间岩柱加固的研究
• 5.1 施工方法的研究
• 5.1.1 施工方法的概述
• 5.1.2 假定条件
• 5.1.3 小净距隧道施工方法工序介绍
• 5.2 Ⅳ级围岩施工方法比较
• 5.2.1 中间岩柱位移场分析
• 5.2.2 隧道周边节点位移场分析
• 5.2.3 隧道开挖塑性影响区分析
• 5.2.4 支护结构分析
• 5.2.5 综合分析
• 5.3 Ⅴ级围岩施工方法比较
• 5.3.1 中间岩柱位移场分析
• 5.3.2 隧道周边节点位移场分析
• 5.3.3 隧道开挖塑性影响区分析
• 5.3.4 支护结构分析
• 5.3.5 综合分析
• 5.4 中间岩柱的加固分析
• 第六章 萍洪高速洪口界隧道的设计与应用
• 6.1 隧道方案选择
• 6.2 Ⅳ级围岩开挖支护
• 6.2.1 Ⅳ级围岩隧道结构设计
• 6.2.2 施工方法的选择
• 6.4 Ⅴ级围岩开挖支护
• 6.4.1 Ⅴ级围岩隧道结构设计
• 6.4.2 施工方法的选择
• 6.5 洪口界隧道的量测设计
• 6.5.1 理论反馈法
• 6.5.2 经验反馈法
• 6.5.3 监控量测的目的和意义
• 6.5.4 洪口界隧道现场监控量测的内容及测试方法
• 6.6 煤系地层的施工及处理
• 6.6.1 通风系统的建立与运行
• 6.6.2 有害气体监测系统的建立与运行
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的主要科研与实践