张基屯隧道穿越采空区稳定性及治理措施数值模拟研究

发布时间：2020-06-24 12:32

【摘要】：随着我国高速公路网的拓展和完善,修建高速公路隧道不可避免的会有穿越煤层采空区等不良地质地区。在隧道施工扰动下,老采空区二次变形带来的地质灾害是新建隧道建设过程中必然要面对的关键问题。本文依托二龙关(滇黔省界)至镇雄县高速公路张基屯隧道工程,在对张基屯隧道煤矿采空区广泛调查的基础上,采用数值模拟手段对采空区段隧道变形规律、力学行为及施工控制技术进行了深入分析,取得了以下成果:(1)确定了依托工程隧址区老采空区的分布情况、赋存状态及采空区特征,对采空区的围岩性质进行了系统阐述,并对张基屯隧道围岩进行了划分。(2)根据位移准则,提出了上覆倾斜采空区段隧道围岩稳定性的判别标准(即监测位移值不大于隧道的极限位移)来确立上覆采空区段对隧道强影响区域长度范围分界值;下伏采空区段隧道根据隧道路面结构变形控制指标,综合提出评判公路隧道结构稳定性的位移指标(隧道底部凹陷值),并结合相关规范给出强影响区域长度范围的分界值。考虑倾斜采空区在空间纵向对隧道的影响效应,建立25个倾斜采空区段隧道三维数值计算模型,提取拱顶及拱底特征点沿隧道纵深竖向最终位移,基于上覆及下伏倾斜采空区强影响区域划分标准提取隧道强影响区域边界值,通过MATLAB进行数据拟合分析,揭示了采高d及穿插交角θ两种因素影响下采空区段隧道强影响区域长度变化规律。(3)根据隧道实际施工工况,通过数值计算的方法,分别建立了CD法、CRD法、台阶法循环开挖支护计算模型,分析了不同开挖支护方式下隧道洞周围岩主应力及洞周位移变化规律,通过对比研究得出,在采空区段隧道施工过程中,CD法、CRD法开挖支护方式对隧道安全有利,综合考虑经济及工序复杂程度等因素,在采空区段破碎围岩段选择CD法施工。(4)针对倾斜采空区段隧道施工控制技术进行研究,得出超前小导管加CD法开挖支护工法的处治措施在上覆倾斜采空区段施工可靠有效,下伏倾斜段隧道基底注浆加固措施在张基屯隧道下伏倾斜采空区强影响区域范围内的改善效果明显。通过数值模拟分析强影响区域范围以外采空区煤柱“活化”对采空区顶板以上隧道的影响,得出横断面内水平采空区活化后隧道整体下沉,且在拱腰部位发生围岩剪切破坏,故强影响区域外采空区“活化”对既有隧道结构安全有一定影响,需在施工过程中加强结构强度。
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U455.49
【图文】：

技术路线图,论文研究,采空区,工程硕士学位

西安科技大学全日制工程硕士学位论文（5）通过挖除模型中下伏采空区的煤柱来模拟采空区“活化”对隧道结构及洞周围岩的影响，并通过围岩抗剪安全系数的计算定量评价下伏采空区活化对隧道稳定性的影响。1.3.3 技术路线本文研究技术路线图如下图 1.1 所示：

示意图,示意图,镇雄县,隧道

2 张基屯隧道及采空区工程地质特征2 张基屯隧道及采空区工程地质特征区地理位置关（滇黔省界）至镇雄县高速公路为宜宾至毕节高速公路一部分，主0）位于贵州省与云南省交界处的二龙关，止点（K49+079.661）以平交县正在施工的南环路 60m 大街结合部，全线均为新建。主线里程 13.58km/h，主线路基宽度 24.5m，双向 4 车道。该隧道位于宜宾至毕节高速雄之间张基屯村段。张基屯隧道隶属镇雄县泼机镇所辖，有公路通至隧址较好。

【参考文献】