软弱围岩隧道开挖变形特性与支护技术研究

论文摘要

随着我国基础建设事业的高速发展和西部大开发的进一步推进,我国的公路工程、铁路工程和地下工程迅猛发展,大量长大、深埋隧道工程纷纷上马,穿越高地应力区以及遇到软弱围岩体,常导致围岩大变形等相关地质灾害,围岩大变形是地下工程中危害极大的一种地质灾害。掌握软弱围岩隧道施工开挖对其变形的影响,展开切实可行的支护技术研究,对保证隧道工程的顺利施工有着非常重要的意义。论文介绍了软弱围岩隧道变形控制技术的发展及其研究现状,讨论了软弱围岩发生变形的条件和变形的主要情况。同时通过对国内外知名大变形隧道的事例分析,总结了隧道围岩大变形的基本特征。基于有限元的基本原理及特点,运用有限元对明垭子隧道施工过程进行数值模拟。分析了不同开挖方案引起隧道围岩应力应变特征。其中CRD法开挖方案引起的隧道围岩变形以及应力松弛最小,可以作为明垭子隧道较为理想的开挖方案。运用有限元对明垭子隧道初期支护衬砌选用不同喷射混凝土强度与厚度组合方案进行了数值模拟,分析了不同组合方案对软岩隧道支护效果。最后对初期支护的锚杆设计进行了优化分析,将优化后的锚杆计算结果作了比较,以评判优化后关键部位锚杆设置的合理性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 问题提出及研究的意义
• 1.2 围岩变形与支护技术研究现状
• 1.2.1 国内外研究现状
• 1.3 研究内容及研究方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 2 软弱围岩隧道开挖变形特性
• 2.1 软弱围岩隧道开挖变形定义
• 2.1.1 隧道围岩变形典型工程简介
• 2.1.2 隧道围岩变形的工程定义
• 2.2 软弱围岩隧道开挖变形性态
• 2.2.1 隧道开挖围岩应力的弹塑性分析
• 2.2.2 围岩变形力学机制分析
• 2.3 隧道围岩大变形的形成机理
• 2.4 软弱围岩隧道开挖的时空效应
• 2.4.1 软弱围岩隧道开挖的时间效应
• 2.4.2 软弱围岩隧道开挖的空间效应
• 2.5 本章小结
• 3 软弱围岩隧道不同开挖方案有限元数值模拟分析
• 3.1 有限元分析软件介绍
• 3.2 有限元的计算及特点
• 3.2.1 有限元的基本思想
• 3.2.2 数值模型初始应力的计算
• 3.2.3 屈服准则
• 3.2.4 施工过程的模拟
• 3.3 隧道开挖过程有限元仿真的实现
• 3.3.1 依托工程地质条件
• 3.3.2 软弱围岩隧道开挖变形状况
• 3.4 模型建立及参数的选取
• 3.5 软弱围岩隧道不同开挖方案数值模拟
• 3.5.1 软弱围岩隧道开挖原则及开挖方案
• 3.5.2 不同开挖方案施工步序介绍
• 3.5.3 两台阶法开挖支护的数值模拟分析
• 3.5.4 三台阶法开挖支护的数值模拟分析
• 3.5.5 CRD 法开挖支护的数值模拟分析
• 3.5.6 CD 法开挖支护的数值模拟分析
• 3.5.7 环形开挖预留核心土法开挖支护的数值模拟分析
• 3.5.8 双侧壁导坑法开挖支护的数值模拟分析
• 3.6 不同开挖方案对比分析
• 3.7 本章小结
• 4 喷射混凝土参数与锚杆设置效果分析
• 4.1 软弱围岩隧道支护设计理论
• 4.1.1 新奥法基本原理
• 4.1.2 新奥法的基本要点
• 4.2 软弱围岩隧道锚喷衬砌支护作用
• 4.2.1 锚杆支护作用原理
• 4.2.2 锚杆支护效果的影响因素
• 4.2.3 喷射混凝土的主要支护作用
• 4.2.4 影响锚喷混凝土支护效果的主要因素
• 4.3 喷锚支护参数的选取
• 4.4 喷射混凝土不同厚度与强度组合方案支护效果数值分析
• 4.5 隧道关键部位设置锚杆施工力学效果数值分析
• 4.5.1 关键部位的概念
• 4.5.2 关键部位产生的力学机理
• 4.5.3 关键部位锚杆设置与数值模拟分析
• 4.6 本章小结
• 5 结论
• 5.1 总结
• 5.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录