十道羊岔隧道偏压应力比的研究与结构优化

发布时间：2020-04-23 14:09

【摘要】：我国隧道建设处于快速发展阶段。偏压隧道围岩左右两侧受力不均匀,造成初期支护和二次衬砌受到偏压荷载的作用。由于偏压隧道的复杂性,荷载的不对称分布,支护结构受力不均衡等,给施工和支护造成困难。目前,针对偏压隧道的研究主要集中在偏压隧道的支护、施工、监测以及围岩应力等方面,关于偏压隧道偏压的定量界定的研究并不多见。本文利用有限元数值模拟手段,以十道羊岔隧道浅埋偏压段为工程依托,采用偏压应力比来定量界定浅埋隧道偏压,给出判断隧道偏压的偏压应力比值;对十道羊岔偏压隧道进行非对称初期支护参数优化设计,对薄弱部位进行支护加强,对安全部位的支护适当减弱。论文主要取得了以下成果:(1)以十道羊岔隧道浅埋偏压段为工程依托,应用数值模拟方法,研究了覆盖层厚度、地表倾角、围岩级别等因素对衬砌偏压应力比和围岩偏压应力比的影响,且不管是衬砌还是围岩,拱肩偏压应力比随覆盖层厚度、地表倾角、围岩级别的变化均有明显的变化规律。采用控制变量法进一步分析,确定拱肩处可以作为判别隧道是否偏压的有效位置。(2)结合《铁路隧道设计规范》,分别进行了隧道衬砌和围岩的应力比分析,确定了围岩级别为Ⅳ_石、Ⅳ_土、Ⅴ级时,可以用拱肩处围岩偏压应力比作为判断隧道是否偏压的依据。(3)依据十道羊岔隧道浅埋偏压段断面的地质条件,考虑隧道受到的偏压荷载,对所选断面的混凝土厚度、锚杆长度、锚杆间距等进行非对称结构优化。通过对围岩应力比、衬砌轴向应力、衬砌所受弯矩、锚杆受力、围岩塑性区等指标进行分析对比,确定了当混凝土喷层厚度取25cm,锚杆长度深埋侧取3.5m、浅埋侧取3m,锚杆间距深埋侧取0.8m、浅埋侧取1.0m时为该断面的最佳设计工况。
【图文】：

地质平面图,隧道工程

(二)地质构造隧道位于中朝准地台辽东隆起区的东部铁岭-靖宇隆起区的南段，区域构造轮廓走向北40°～65°东，控制了区内地层走向及断裂构造，还有北北东向及北西向断裂构造。断裂构造主要有：1、十道羊岔-团结东西向断裂层：断层呈东西走向，长约 20km，倾角向南约 75°。断层处岩石风化破碎严重，局部呈压碎状或为靡棱岩。断面挤压透镜体及片理化现象明显，并有约 1.5m 厚的辉长石脉侵入，该断层在隧道北侧通过。受其影响，隧道区节理裂隙发育。2、板房沟-1031 高地南压性断层：断层呈 40-50°，长约 14km，倾向北西，倾角 50°～60°，主要发育在杨家店组中。该断层的挤压带宽度可达几百米，断层处岩石破碎风化强烈，出现了连续的动力变质带，挤压破碎带和压性断层数量多，呈等距分布。钾质条痕状混合岩挤压破碎严重，地层产状很乱，断层擦痕纵横穿插。该断裂带沿陈家膛子沟向北东延伸，在隧道北侧通过。围岩的具体工程地质纵断面情况见图 3.1 和图 3.2。

线工,隧道

十道羊岔偏压隧道工程地质概况及数值模型建立22图 3.2 隧道右线工程地质纵断面图3.2.2 不良地质现象1、隧道周围地质进行整体勘查除部分区域存在断层破碎带以外，没有发现其他不良地质条件。2、区域稳定性调查在对隧道区域勘查过程中发现部分区域节理裂隙发育，，存在断层带。3、地震与地质构造调查在对工程所在区域进行地质调查中，发现该地区无较大水流，且地下水较为匮乏，但隧道洞口处有季节性小溪经过。地下水的类型主要有两类，第一类为基岩风化裂隙水，它主要存在于节理发育的风化带中；第二类为第四系孔隙水，它的量与季节有较大关系，常存在坡积碎石土等。另外该地区的水质较好，对隧道结构的侵蚀性弱。3.3 十道羊岔隧道衬砌形式十道羊岔隧道浅埋偏压段（Ⅴ级围岩）所采用的的衬砌形式具体如下?
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U451

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