仰拱开挖对软岩隧道围岩的稳定性影响

发布时间：2017-08-03 07:07

  本文关键词：仰拱开挖对软岩隧道围岩的稳定性影响

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【摘要】：近几年,我国高速铁路迅速崛起,由此带来了众多大断面隧道。对于穿越软弱围岩地质条件的高速铁路大断面隧道,仰拱开挖不当容易诱发隧道塌方灾害,仰拱开挖已经成为隧道施工中的关键性控制工序。鉴于仰拱开挖对整个隧道的稳定性起着重大的影响,本文通过大量文献调研,归纳分析了软岩隧道塌方灾害特征及影响因素,在此基础上分析了仰拱开挖对软岩隧道塌方灾害的影响。利用数值分析方法深入研究了有无仰拱、仰拱一次性开挖长度以及仰拱闭合距离对隧道围岩的稳定性影响。依托实际工程,并采用数值分析与现场试验相结合的方法研究了仰拱开挖对软弱地层大断面隧道围岩变形的影响。主要研究内容包括：通过对隧道塌方灾害特征进行深入研究,归纳总结了软岩隧道的塌方灾害特征,并将导致软岩隧道塌方的影响因素归纳概括为工程地质条件、设计条件及施工条件。通过对仰拱施工导致隧道塌方的影响因素进行详细分析,阐明了仰拱开挖引起围岩失稳的力学机理。基于隧道断面尺寸效应,对比分析了Ⅳ～Ⅵ级围岩条件下平底隧道和仰拱隧道的围岩位移场、塑性区范围、初期支护受力以及锚杆受力情况,数值分析结果表明：施设仰拱可以有效抑制隧底隆起变形及围岩塑性区扩展,改善初期支护结构的受力状态,且围岩条件越差,仰拱的支护作用越明显。借助FLAC3D数值分析软件,首先对比分析了Ⅳ～Ⅵ级围岩条件下不同仰拱一次性开挖长度对隧道开挖面前后围岩变形、开挖面附近屈服区域范围的影响,从而确立了最优化的仰拱一次性开挖长度。然后对比分析了Ⅳ～Ⅵ级围岩条件下不同仰拱闭合距离对隧道开挖面前后围岩变形、开挖面附近屈服区域范围的影响,从而确立了最优化的仰拱闭合距离。以贵广铁路油竹山隧道为工程背景,通过对隧道进口段DK80+815～DK80+855、 DK82+840～DK82+960的现场监控量测结果和数值分析结果进行对比分析,发现现场实测值与数值计算值基本吻合,说明计算模型能够较好地模拟油竹山隧道实际施工情况。利用BiDoseResp函数对隧道DK80+815断面的拱顶下沉监测数据进行拟合,并利用回归方程分析仰拱开挖对隧道围岩及支护结构的影响。
【关键词】：软弱围岩 仰拱 开挖长度 闭合距离 FLAC3D
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U451.2
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-13
• 1.1 选题背景与研究意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-11
• 1.3 主要研究内容11-12
• 1.4 研究技术路线12-13
• 第2章 软岩隧道塌方灾害特征及影响因素分析13-22
• 2.1 软岩隧道塌方灾害特征13-15
• 2.1.1 软弱围岩的含义及其工程特征13-14
• 2.1.2 软弱围岩的塌方灾害特征14-15
• 2.2 软岩隧道塌方灾害影响因素分析15-19
• 2.2.1 工程地质条件16
• 2.2.2 设计条件16-17
• 2.2.3 施工条件17-19
• 2.3 仰拱开挖对软岩隧道塌方灾害影响19-21
• 2.3.1 仰拱开挖造成塌方原因分析19-20
• 2.3.2 仰拱开挖导致围岩失稳力学机理20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第3章 仰拱对软岩隧道变形及结构内力的影响22-39
• 3.1 隧道计算模型的建立22-28
• 3.1.1 隧道横断面设计22-23
• 3.1.2 数值研究方法23-24
• 3.1.3 隧道施工方法24-25
• 3.1.4 隧道整体模型建立25-28
• 3.2 仰拱对隧道变形及结构内力影响的对比分析28-37
• 3.2.1 洞周位移场分析28-32
• 3.2.2 塑性区分析32-34
• 3.2.3 初期支护内力和锚杆轴力分析34-37
• 3.3 本章小结37-39
• 第4章 仰拱一次性开挖长度对软岩隧道围岩稳定性的影响39-56
• 4.1 分析建模39-42
• 4.1.1 计算模型39-40
• 4.1.2 计算参数40-41
• 4.1.3 CRD法开挖过程模拟41-42
• 4.2 计算结果分析42-54
• 4.2.1 Ⅵ级围岩仰拱开挖长度分析43-47
• 4.2.2 Ⅴ级围岩仰拱开挖长度分析47-50
• 4.2.3 Ⅳ级围岩仰拱开挖长度分析50-54
• 4.3 本章小结54-56
• 第5章 仰拱闭合距离对软岩隧道围岩稳定性的影响56-65
• 5.1 仰拱闭合对软岩隧道稳定性影响分析56
• 5.2 工况设置56
• 5.3 计算结果分析56-64
• 5.3.1 Ⅵ级围岩仰拱闭合距离分析56-59
• 5.3.2 Ⅴ级围岩仰拱闭合距离分析59-62
• 5.3.3 Ⅳ级围岩仰拱闭合距离分析62-64
• 5.4 本章小结64-65
• 第6章 工程应用65-82
• 6.1 工程概况65-66
• 6.2 监测技术方案66-69
• 6.2.1 监控量测目的66
• 6.2.2 本隧道监控量测项目66-69
• 6.3 监控量测结果分析69-76
• 6.3.1 DK80+815～DK80+855段69-72
• 6.3.2 DK82+750～DK82+960段72-74
• 6.3.3 量测结果回归分析74-76
• 6.4 DK80+800～DK80+880段数值分析76-80
• 6.4.1 计算模型76-78
• 6.4.2 监控量测及数值计算的对比分析78-80
• 6.5 本章小结80-82
• 第7章 结论与展望82-84
• 7.1 结论82-83
• 7.2 展望83-84
• 致谢84-85
• 参考文献85-88
• 攻读硕士学位期间发表论文及参加科研情况88

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