浅埋偏压小净距隧道洞口段施工方法优化研究

发布时间：2017-08-12 12:03

  本文关键词：浅埋偏压小净距隧道洞口段施工方法优化研究

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【摘要】：本文以汶马高速鹧鸪山隧道为工程依托,通过板岩、千枚岩试样的扫描电镜—能谱分析试验,了解这两种岩石的化学元素成分和微结构特征；通过对现场监控量测数据进行处理分析,总结围岩变形规律；借助于有限差分软件FLAC3D,对设计单位给定的四种开挖工法(全断面法(适用于部分围岩较好段),台阶法,预留核心土法和中隔墙法)进行三维模拟,将围岩应力、变形和塑性区发展等作为优选指标,确定最合理施工工法；在此基础上,优化偏压小净距隧道施工工序。主要获得如下结论：1、通过板岩、千枚岩试样的扫描电镜—能谱分析试验可以看出：千枚岩样品表面微裂隙较多,其矿物呈定向排列,板岩样品表面平整光滑,定向构造不明显。2、现场监控量测反映的围岩变形规律地表沉降：隧道纵轴方向上,开挖上弧形导坑对开挖面正上方岩土体造成的影响最大,当开挖面通过监测断面时,监测断面的地表沉降速率将达到一个峰值；横向上,地表沉降值左右对称与否,与地表起伏有关,当地表坡度平缓时,左右沉降较为对称,当地表坡度较大时,高处地面沉降较大,低处沉降较小。拱顶沉降：在隧道洞口浅埋段,随着离洞口的距离增大(埋深逐渐增大),断面拱顶沉降量逐渐减小；随着开挖面的不断向前推进,开挖面岩体对围岩的约束作用逐渐减弱,洞周围岩拱顶沉降变形逐渐增大。水平收敛：水平收敛值并不是随时间或者到掌子面距离单调递增的,断面有可能发生短暂外扩现象。3、通过模拟四种施工方法开挖偏压单洞隧道,可以看出从控制位移终值角度讲,中隔墙法和全断面法相对其余两种工法具有一定优势。但就开挖后短时间内围岩位移、开挖面挤出位移和开挖面塑性区深度而言,全断面法都是极其不利的,而中隔墙法却表现了极大的优势。这说明全断面法虽然具有控制位移终值方面的优势,但其开挖作业本身的安全性是极差的。因此,综合考虑围岩变形和稳定性,中隔墙法是最优施工方法。当然,如果考虑到工程经济性,那么在保证施工安全的前提下,预留核心土法也是可行的。4、通过偏压小净距隧道的工序优选计算,可以发现：无论是浅埋洞还是深埋洞,先开挖比后开挖其竖向位移要小,因而在施工中,如果想控制深埋洞围岩位移,那就应该先开挖深埋洞；单就开挖一个洞而言,先开挖浅埋侧岩体造成的拱顶沉降比先开挖深埋侧岩体要小,因而在施工中,如果想控制深埋洞围岩位移,那就应该采用先内后外(先开挖紧挨着中夹岩的内侧岩土体,再开挖外侧岩土体;先外后内与此相反)的工序施工；当采用先浅后深,先外后内工序开挖时,中夹岩上部负向水平位移(指向浅埋侧)最大,中夹岩下部正向水平位移(指向深埋侧)也是最大的,中夹岩柱向浅埋侧倾覆的趋势相对其他三种工序是最明显的；采用先浅后深的工序时中夹岩塑性区未贯通,采用先深后浅工序则贯通；从中夹岩塑性区面积大小来说,采用先内后外工序比采用先外后内要小。考虑到中夹岩稳定是小净距隧道设计施工的关键,那么合理的工序应该是先浅后深,先内后外。
【关键词】：公路隧道 偏压 小净距 监控量测 施工方法 施工顺序
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U455.4
【目录】：

• 摘要6-8
• abstract8-12
• 第1章 绪论12-21
• 1.1 引言12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 双洞隧道施工顺序12-14
• 1.2.2 偏压隧道14-15
• 1.2.3 小净距隧道与中夹岩15-16
• 1.3 工程概况16-18
• 1.3.1 地形地貌17
• 1.3.2 地层岩性17-18
• 1.3.3 地质构造18
• 1.3.4 地震18
• 1.4 隧道设计18-19
• 1.4.1 隧道内轮廓18-19
• 1.4.2 开挖支护设计19
• 1.5 主要研究内容19-21
• 第2章 围岩工程特性研究21-26
• 2.1 扫描电镜—能谱分析的原理22
• 2.2 样品采集及制备22-23
• 2.3 试验结果及分析23-26
• 第3章 隧道现场监控量测26-37
• 3.1 监控量测的内容26-29
• 3.2 数据处理与分析29-36
• 3.2.1 地表沉降29-32
• 3.2.2 拱顶沉降分析32-34
• 3.2.3 水平收敛分析34-36
• 3.3 小结36-37
• 第4章 偏压隧道施工方法优选37-55
• 4.1 四种工法介绍37-40
• 4.1.1 全断面法37-38
• 4.1.2 台阶法38-39
• 4.1.3 环形开挖预留核心土法39
• 4.1.4 中隔墙法39-40
• 4.2 模型建立与开挖方案40-43
• 4.2.1 基本假设40-41
• 4.2.2 模型尺寸41-42
• 4.2.3 材料参数选取42
• 4.2.4 开挖方案介绍42-43
• 4.3 计算结果分析43-53
• 4.3.1 围岩应力43-45
• 4.3.2 围岩位移45-50
• 4.3.3 掌子面挤出位移50-51
• 4.3.4 围岩塑性区51-52
• 4.3.5 掌子面围岩塑性区52-53
• 4.4 小结53-55
• 第5章 偏压小净距隧道施工顺序研究55-66
• 5.1 模型建立55-57
• 5.1.1 模型尺寸55-56
• 5.1.2 开挖方案设计56-57
• 5.2 计算结果比较57-64
• 5.2.1 围岩位移57-61
• 5.2.2 中夹岩特征点位移61-62
• 5.2.3 围岩塑性区62-64
• 5.3 小结64-66
• 第6章 结论与展望66-68
• 参考文献68-71
• 致谢71-72
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果72

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本文编号：661473