寒区炭质页岩隧道设计支护参数及稳定性研究

发布时间：2017-08-09 10:10

  本文关键词：寒区炭质页岩隧道设计支护参数及稳定性研究

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【摘要】：姜路岭隧道处于海拔4300m以上的青藏高原,地理环境十分恶劣,在施工过程中发现,隧道围岩为寒区炭质页岩,岩性差,等级低,岩层暴露后极易风化。隧道开挖后围岩发生十分大的变形甚至出现大塌方等问题,最终结果造成工程进度推迟和造价大幅度提高。隧道大变形问题一直以来就是隧道工程中十分难以解决的难题,还没有很好的解决办法。虽然目前有过关于大变形的相关研究,但研究的内容还比较少,并且都是针对一般地区隧道大变形的研究,对高海拔高寒区隧道大变形问题的研究更是凤毛麟角,因此在隧道设计和施工中,只能依靠经验、工程类比和对在施工中监控量测数据的分析,通过改变施工方法或支护参数来解决,但是这样在工程前期,如果采用的施工方法不合理或支护参数过小,在施工中存在很大的安全隐患。为了解决岩性为寒区炭质页岩隧道大变形容易造成塌方的问题,为以后具有同样围岩性质的隧道工程的设计施工提供参考和依据,在此以姜路岭隧道工程为依托,对寒区炭质页岩隧道开展相关研究。首先对寒区炭质页岩隧道围岩压力计算公式进行探讨,通过总结现有围岩压力的计算方法,选择出适合深埋隧道围岩压力的计算方法,利用选出的计算方法分别对寒区炭质页岩围岩压力进行计算。之后利用测量数据和数值模拟得出深埋段的围岩压力范围,与计算结果进行对比,以计算结果最接近分析出的围岩压力的计算公式为基础,对公式中参数适当优化,最后运用另外同类隧道的测量数据和模拟不同开挖宽度时的数据对修改后的参数进一步验证。然后对寒区炭质页岩隧道支护参数进行分析,在经验和规范的基础之上,选出适合寒区炭质页岩支护的超前支护、锚喷支护、钢拱架等参数的大致范围,结合现场测量数据,对得出的范围进行优化,运用数据模拟对原支护参数和优化后参数下的支护效果进行对比。之后考虑二次衬砌的安全储备,假定所有荷载仅由二次衬砌承担,分别运用荷载结构法和地层结构法对二衬受力计算,选择最不利受力状态进行强度校核。最后对围岩稳定性分析,依据测量的围岩沉降和收敛数据,分析出围岩破坏时的沉降收敛总量和日变化速率临界值,得出围岩最终是否稳定的判断依据。另外,分析影响围岩稳定性的因素以及给出处理措施的建议,为以后隧道工程实践提供参考依据。
【关键词】：寒区 炭质页岩 围岩压力 支护参数 稳定性
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U455.7
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 研究背景及意义9-12
• 1.2 研究现状12-13
• 1.3 工程介绍13-19
• 1.3.1 工程地质水文概况13-16
• 1.3.2 原工程设计概况16-17
• 1.3.3 工程围岩参数测试17-19
• 1.4 研究内容及方法19-21
• 1.4.1 主要研究内容19
• 1.4.2 主要研究方法19-21
• 第二章 寒区炭质页岩围岩压力计算方法探讨21-32
• 2.1 概述21-24
• 2.1.1 围岩压力综述21
• 2.1.2 围岩压力计算方法总结21-24
• 2.2 围岩压力计算24-25
• 2.3 数据分析25-31
• 2.3.1 现场测量围岩压力数据分析25-28
• 2.3.2 数值模拟分析28-29
• 2.3.3 公式参数优化29-31
• 2.4 小结31-32
• 第三章 寒区炭质页岩隧道支护参数研究32-55
• 3.1 超前支护参数分析32-34
• 3.1.1 超前支护结构形式选择33-34
• 3.1.2 超前小导管长度确定34
• 3.2 锚杆支护参数分析34-40
• 3.2.1 锚杆长度确定34-38
• 3.2.2 锚杆直径、间距确定38-39
• 3.2.3 数值模拟分析39-40
• 3.3 喷射混凝土参数分析40-44
• 3.3.1 喷射混凝土厚度确定40-41
• 3.3.2 喷射混凝土强度确定41-43
• 3.3.3 数值模拟分析43-44
• 3.4 钢支撑支护参数分析44-47
• 3.4.1 钢支撑概述44
• 3.4.2 钢支撑支护参数选择44-47
• 3.4.3 数值模拟分析47
• 3.5 仰拱参数分析47-49
• 3.5.1 仰拱参数分析47-48
• 3.5.2 数值模拟分析48-49
• 3.6 二次衬砌拱部参数分析49-54
• 3.6.1 二次衬砌拱部形状选择49-50
• 3.6.2 二次衬砌厚度选择50-51
• 3.6.3 二次衬砌混凝土强度校核51-54
• 3.7 小结54-55
• 第四章 寒区炭质页岩隧道稳定性分析55-64
• 4.1 现场测量数据分析55-58
• 4.1.1 沉降收敛数据分析55-57
• 4.1.2 沉降速率及收敛速率分析57-58
• 4.2 数据模拟对比分析58-59
• 4.3 影响隧道围岩稳定性的因素及控制措施59-63
• 4.3.1 内在因素59-61
• 4.3.2 外部因素61-63
• 4.4 小结63-64
• 第五章 结论与展望64-66
• 5.1 结论64-65
• 5.2 展望65-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-69
• 附表69-75
• 附表1 隧道各断面沉降量及收敛69-71
• 附表2 隧道各断面沉降速率及收敛速率71-75
• 攻读学位期间取得的成果75

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本文编号：644722