杜家山隧道软弱围岩支护稳定性研究

论文摘要

随着西部大开发战略的实施,我国高速公路的修建已从平原地区向山岭地区推进,公路隧道的发展日新月异。隧道工程往往是高速公路修建中的控制工程,隧道施工的周期和质量将直接影响到整条高速公路的建成。在山岭重丘区,隧道不可避免的要穿越地质情况复杂地区,由之而带来大量施工地质灾害问题。软岩大变形是其中常见的一种,一旦由此引起工程事故,不但会严重影响隧道施工的安全,同时会造成了重大经济损失。因此,对隧道变形机制及支护稳定性进行研究总结,对以后隧道的快速安全施工具有较大的实际意义。本文以广甘高速公路在建杜家山隧道为依托,以隧道实际采取的试验段为基础,利用地质调查、现场监测、理论分析和数值模拟等手段对隧道大变形进行分析总结,提出了软岩隧道合理的围岩支护稳定措施,获得的主要成果如下：(1)对杜家山隧道地质特征和工程特性进行归纳总结,根据隧道大变形段监测数据的分析结果,详细分析了隧道大变形的特性以及频发大变形的原因,认为：隧道发生大变形与围岩强度、开挖方式、支护措施、地下水及施工工艺等因素相关联。(2)根据隧道实际开挖中围岩大变形的实际情况以及现场试验研究段的设置状况,通过将试验段监测数据与原支护参数情形下隧道变形及结构受力进行对比分析,认为：杜家山隧道试验研究段采取的支护措施和参数对抑制隧道变形具有较大作用,在此情形下的隧道受力也较为合理。(3)利用大型有限元"ANSYS"软件对隧道试验段进行了三维弹塑性分析,并将数值分析结果与试验段监测结果进行对比分析,结果表明：试验段采取的支护措施能有效减少围岩在支护体系中承担的荷载比例,同时缩小了塑性区的范围,有效地抑制隧道开挖引起的变形。数值计算结果与现场监测结果基本一致,证明数值计算结果是可信的,同时也证明杜家山隧道现场试验段采取的支护措施是有效的,可为类似工程提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题依据及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 隧道围岩及支护稳定性分析方法研究现状
• 1.2.2 软岩隧道支护研究现状
• 1.3 主要研究内容及方法
• 第2章 杜家山隧道工程概况
• 2.1 基本工程地质条件
• 2.1.1 地形地貌
• 2.1.2 地层岩性
• 2.1.3 地质构造
• 2.1.4 水文地质条件
• 2.1.5 隧区工和主要不良地质现象
• 2.2 隧道设计及施工概况
• 2.2.1 隧道设计概况
• 2.2.2 施工工法概况
• 2.2.3 隧道施工概况
• 2.3 隧道围岩特征
• 2.4 隧道围岩力学表现
• 第3章 隧道按原设计支护参数施工时的监测成果分析
• 3.1 监控量测管理基准
• 3.2 监控量测结果
• 3.3 典型断面数据分析
• 3.3.1 ZK15+080量=测断面
• 3.3.2 ZK15+170量测断面
• 3.3.3 ZK15+220量测断面
• 3.4 隧道变形与破坏特征
• 3.5 隧道大变形成因分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 杜家山隧道试验段监测及其成果分析
• 4.1 试验段布设的意义
• 4.2 试验段支护方案及施工工法选择
• 4.2.1 支护参数选择
• 4.2.2 施工工法选择
• 4.3 试验段监测方案的拟定
• 4.3.1 隧道周边收敛监测
• 4.3.2 隧道拱顶下沉监测
• 4.3.3 锚杆内力监测
• 4.3.4 钢支撑或格栅钢架内力监测
• 4.3.5 初支与围岩之间压力、初支与二衬之间的压力监测
• 4.3.6 二次衬砌内力监测
• 4.4 监控量测实施及数据分析
• 4.4.1 监控量测管理基准
• 4.4.2 监测结果
• 4.4.3 典型断面数据分析
• 4.5 典型断面结构受力监测成果分析
• 4.5.1 钢支撑内力分析
• 4.5.2 锚杆轴力分析
• 4.5.3 初支与围岩之间的压力分析
• 4.5.4 初支与二衬之间的压力分析
• 4.5.5 二衬受力及安全性分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 杜家山隧道现场试验段数值模拟分析
• 5.1 模型的建立
• 5.1.1 计算依据
• 5.1.2 参数的选取
• 5.1.3 模拟开挖步骤
• 5.2 计算结果分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文