软弱围岩大变形机理与防治措施研究 ——以叙大铁路乐园隧道为例

论文摘要

软岩大变形是隧道建设中一种危害极大的地下地质灾害,特别是在复杂地质环境条件下的长大隧道建设中,软岩大变形常常是影响隧道施工进度、施工安全的关键工程问题之一。位于四川省南部川黔过渡带中的叙大铁路乐园隧道在施工过程中就面临着软岩大变形的问题,本论文结合工程实际,在大量现场资料分析基础上分析围岩大变形的形成机理与防治措施研究。在查明该隧道工程地质条件的基础上,通过室内试验研究和工程现场隧道围岩变形破坏模式及特征的分析,阐述了乐园隧道围岩大变形的形成机理,运用工程地质分析原理的方法和隧道工程现代支护理论,结合数值模拟的方法,对乐园隧道的支护加固措施进行了研究。取得的主要成果如下：（1）乐园隧道洞身进口段实际开挖揭露的地层岩性为中统雷口坡组灰岩、泥灰岩,节理面粗糙,多呈微张状,总体而言岩体破碎,多成碎块状,稳定性差,因此,综合判定围岩级别为V级。（2）通过岩石室内试验研究,得出乐园隧道进口段围岩的一些物理力学参数,诸如：弹性模量、泊松比、内摩擦角、粘聚力、单轴抗压强度及软化系数等等,依据室内试验求出的岩石抗压强度值为16.78MPa及其软化系数为0.43,初步判定乐园隧道进口段岩石为软质岩,经过地下水软化作用的软化岩石。（3）在前人研究围岩大变形类型及机理成果基础上,结合乐园隧道围岩大变形的地质背景,提出了乐园围岩大变形的特征及变形破坏模式,提出乐园隧道围岩大变形的变形机理：地下水的软化作用、围岩结构变形和应力控制型,其中地下水的软化作用是造成乐园隧道围岩大变形最重要的机理。（4）通过采用FLAC-3D软件模拟计算在不同支护结构措施条件下对隧道围岩变形的加固作用,得出单纯采用喷混凝土或锚喷支护的的柔性支护措施不能有效抑制围岩变形,而采取钢拱架、锚喷支护结合超前小导管的复合式支护措施才能够抑制围岩变形。进而提出了乐园隧道进口变形段的支护加固措施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 研究意义及选题依据
• 1.1.1 研究意义
• 1.1.2 工程概况与选题依据
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 围岩大变形定义
• 1.2.2 围岩大变形的形成机理
• 1.2.3 围岩大变形的支护理论
• 1.3 主要研究内容及技术路线
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 第2章 研究区工程地质环境条件
• 2.1 自然地理条件
• 2.2 区域地质条件
• 2.2.1 区域地质构造
• 2.2.2 地震
• 2.3 隧址区工程地质条件
• 2.3.1 地形地貌
• 2.3.2 地层岩性
• 2.3.3 气象
• 2.3.4 水文地质条件
• 2.3.5 地质构造与地震
• 2.3.6 地应力特征
• 2.3.7 不良地质现象
• 2.4 小结
• 第3章 变形段围岩工程特性试验研究
• 3.1 试验的目的及取样
• 3.2 矿物成分鉴定
• 3.3 力学性质指标
• 3.3.1 岩石单轴压缩变形试验
• 3.3.2 岩石直剪强度试验
• 3.4 围岩参数
• 3.5 小结
• 第4章 围岩大变形机理分析
• 4.1 国内外围岩大变形实例
• 4.2 隧道软岩的定义
• 4.3 变形段围岩体结构类型
• 4.4 围岩变形破坏特征及模式
• 4.4.1 围岩变形破坏特征
• 4.4.2 围岩大变形破坏模式
• 4.5 围岩大变形的机理分析
• 4.5.1 软岩膨胀性分析
• 4.5.2 地下水的软化作用分析
• 4.5.3 围岩结构变形分析
• 4.5.4 应力控制型分析
• 4.6 乐园隧道围岩大变形形成机理
• 4.7 围岩变形机理数值模拟分析
• 4.8 小结
• 第5章 围岩大变形的支护加固措施
• 5.1 隧道中目前常用的几种支护措施
• 5.2 支护措施加固机理研究
• 5.2.1 支护原则
• 5.2.2 支护措施方案
• 5.2.3 计算模型及模拟方法
• 5.2.4 计算参数与开挖步骤
• 5.2.5 无支护措施效果
• 5.2.6 喷射混凝土支护措施效果
• 5.2.7 锚喷支护措施效果
• 5.2.8 钢拱架加锚喷支护措施效果
• 5.2.9 超前小导管支护措施效果
• 5.2.10 乐园隧道进口软岩段支护措施
• 5.3 监控量测及信息反馈
• 5.3.1 监测方案
• 5.3.2 监测成果分析与反馈
• 5.4 小结
• 结论与建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得学术成果