断层破碎带地段隧道稳定性分析与施工参数优化研究

发布时间：2018-08-30 19:35

【摘要】：长大隧道穿越断层破碎带施工时容易出现变形、坍塌等灾害问题,严重影响施工安全和进度、危害人员的安全。目前,安全快速穿越断层破碎带的施工技术尚不成熟。因此,对隧道穿越断层破碎带所面临的安全快速施工问题展开系统研究具有重要的现实意义。本文以新建某铁路隧道为工程背景,首先总结了隧道穿越断层破碎带围岩稳定性分析、隧道支护理论和方法的研究现状,其次对隧道穿越不同倾角断层破碎带的围岩及支护结构变形、受力、安全性进行了研究,再次对该工程施工参数进行了优化分析,最后对隧道穿越断层破碎带的现场监测数据进行了分析。本文主要研究内容及成果如下:(1)断层破碎带倾角对隧道稳定性影响研究结合依托工程的地质构造,通过三维数值模拟,首先分析并总结了隧道穿越不同倾角(如75°、90°、105°)断层破碎带时隧道结构变形和受力的变化规律,然后探讨了隧道开挖做与不做初期支护的可行性,分析并总结出超前加固的必要性,最后对隧道穿越断层破碎带的超前加固作用进行了数值分析,并对隧道结构进行安全性评价,验证了超前加固的有效性。(2)隧道穿越断层破碎带施工参数优化研究结合新建某铁路隧道具体的施工方法及支护设计,通过三维数值模拟,对隧道开挖进尺和加固区厚度进行优化,从隧道结构变形、受力、安全性等方面进行了对比分析,总结了不同施工参数对隧道的影响规律,最终确定了合理施工参数,以保证隧道工程安全快速施工。(3)隧道变形及受力监测数据分析结合隧道典型断面的现场监测数据,首先分析了上下台阶开挖支护对隧道产生变形的贡献,然后对比分析了初衬和二衬分别对隧道结构变形和受力的作用及它们各自功能和贡献,初期支护的荷载分担比例为69.3%,二次衬砌的荷载分担比例为30.7%,最后将现场监测数据与数值计算结果进行了对比分析,从而验证了数值模拟方法和分析思路的合理性,以便更好地指导类似工程设计和施工。总之,本文从多方面分析了断层破碎带对隧道开挖的影响规律,验证了断层破碎带地段隧道开挖“管超前、短进尺”的合理性,对隧道穿越断层破碎带的研究思路作了补充和完善,同时也为本工程和类似工程提供参考。
[Abstract]:During the construction of long tunnel through fault broken zone, it is easy to appear the problems of deformation, collapse and other disasters, which seriously affect the safety and progress of construction and endanger the safety of personnel. At present, the construction technology of safe and fast crossing fault fracture zone is not mature. Therefore, it is of great practical significance to carry out systematic research on the safety and rapid construction of tunnel crossing fault fracture zone. In this paper, a new railway tunnel is used as the engineering background. Firstly, the stability analysis of surrounding rock, the theory and method of tunnel support are summarized. Secondly, the deformation, stress and safety of surrounding rock and supporting structure of tunnel passing through different dip fault broken zone are studied, and the construction parameters of this project are optimized and analyzed again. Finally, the field monitoring data of tunnel crossing fault fracture zone are analyzed. The main contents and results of this paper are as follows: (1) the influence of fault fracture zone inclination on tunnel stability combined with geological structure of supporting engineering, through three-dimensional numerical simulation, This paper first analyzes and summarizes the variation law of tunnel structure deformation and force when the tunnel passes through different dip angle (such as 75 掳or 90 掳~ 105 掳) fault broken zone, then discusses the feasibility of tunnel excavation and does not do initial support, and analyzes and summarizes the necessity of advanced reinforcement. Finally, numerical analysis is carried out on the advance reinforcement of the tunnel through the fault broken zone, and the safety of the tunnel structure is evaluated. The effectiveness of advanced reinforcement is verified. (2) Optimization of construction parameters of tunnel through fault broken zone combined with concrete construction method and support design of a newly built railway tunnel, through three-dimensional numerical simulation, This paper optimizes the depth of tunnel excavation and reinforcement zone, compares and analyzes the deformation, force and safety of tunnel structure, summarizes the influence of different construction parameters on tunnel, and finally determines the reasonable construction parameters. In order to ensure the safe and rapid construction of tunnel engineering. (3) the analysis of tunnel deformation and force monitoring data combined with the field monitoring data of typical section of the tunnel, firstly, the contribution of the upper and lower step excavation support to the tunnel deformation is analyzed. Then, the effects of initial lining and second lining on deformation and stress of tunnel structure and their respective functions and contributions are compared and analyzed. The load-sharing ratio of initial support is 69.3 and that of secondary lining is 30.7. Finally, the field monitoring data and numerical calculation results are compared and analyzed, which verifies the rationality of numerical simulation method and analysis idea. In order to better guide the design and construction of similar projects. In a word, this paper analyzes the influence of fault fracture zone on tunnel excavation from many aspects, and verifies the rationality of tunnel excavation in fault breakage zone. The research idea of tunnel crossing fault fracture zone is supplemented and perfected, and it also provides a reference for this project and similar projects.
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U455.4

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本文编号：2214078