超前小导管注浆加固技术在轨道交通回填土隧道中的应用研究

发布时间：2017-04-13 02:02

  本文关键词：超前小导管注浆加固技术在轨道交通回填土隧道中的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着国民经济的高速发展,城市化进程不断加快,特大城市、大城市解决交通问题的主要方法就是发展大容量快速城市轨道交通技术。由于轨道交通项目受环境的限制,出现了大量的大跨度浅埋软弱地质地下工程,超前小导管预支护作为一种经济有效的隧道辅助施工工法,因其施工工艺简单、易于操作、施工安全、见效快、浆液损失少、成本低等优点被应用于许多软弱地质隧道工程。本文以重庆轨道交通5号线回填土隧道为工程背景,通过现场调研、理论分析、室内外试验、监控量测以及数值模拟等方法,对隧道开挖过程中小导管外插角度、环向布设范围和纵向间距等因素对隧道掌子面及围岩稳定性的影响等进行了较为系统的研究。论文主要研究成果如下:(1)分析了回填土的特性,通过室内试验得到了回填土的基本力学参数,根据塑性指数和颗粒级配把回填土归为碎石土,并通过水文地质条件分析对回填土隧道进行分级。提出了依托工程隧道回填土段的处理措施,通过比选得出安全适用、经济合理的超前预支护方案。(2)应用有限元软件MIDAS/GTS NX,考虑回填土的相关性质和参数,对隧道开挖过程及超前小导管预支护进行了数值模拟,得到了隧道掌子面及围岩塑性区范围、隧道围岩竖向位移以及围岩竖向应力的变化规律。通过对比有小导管和两种工况的模拟结果,综合分析超前小导管注浆加固对隧道掌子面及围岩稳定性的影响。(3)通过对影响超前小导管预支护效果的因素进行单一变量的数值计算,分别对各种因素不同工况下的掌子面周边围岩竖向应力、围岩竖向变形以及掌子面和围岩塑性区分布进行对比分析,得出了小导管外插角和环向布设范围的大小对于围岩竖向变形、掌子面及围岩稳定性影响较大,小导管纵向间距的变化对隧道掌子面及围岩的稳定性影响较小的结论。最后对影响超前小导管预支护的各参数进行优化设计,使小导管工法在今后的地下工程中具有更高的经济实用性。(4)对重庆轨道交通5号线5101标回填土隧道进行了现场监测试验,通过分析监测数据,得出了隧道开挖过程中水平收敛、拱顶下沉、地表沉降的变形规律曲线,最后根据监测数据和超前小导管预支护数值模拟计算的结果进行了对比分析,验证了数值模拟值和实际监测值是比较吻合的。
【关键词】：回填土隧道 超前小导管 注浆加固 监控量测 数值模拟 围岩稳定
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U455.4
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-12
• 主要符号12-14
• 1 绪论14-22
• 1.1 研究背景及意义14-15
• 1.2 国内外研究现状15-19
• 1.2.1 隧道超前预支护方法研究现状15-17
• 1.2.2 超前小导管注浆支护研究现状17-19
• 1.3 超前小导管注浆加固技术研究和应用存在的不足分析19-20
• 1.4 研究内容及技术路线20-22
• 1.4.1 研究内容20
• 1.4.2 研究方法和技术路线20-22
• 2 回填土隧道超前小导管预支护方案比选与参数设计22-48
• 2.1 工程概况22-26
• 2.1.1 工程周围环境分析22-24
• 2.1.2 施工平面布置24-25
• 2.1.3 工程地质、水文地质条件分析25-26
• 2.2 回填土组成特征与力学性质试验26-35
• 2.2.1 回填土的组成特征26-27
• 2.2.2 依托工程回填土的力学性质试验27-33
• 2.2.3 依托工程回填土隧道的分类33-35
• 2.3 回填土隧道存在的主要问题及处理方法35-39
• 2.3.1 回填土隧道存在的主要问题35-37
• 2.3.2 回填土隧道的主要处理方法37-39
• 2.4 超前预支护方案比选39-42
• 2.4.1 超前预支护方法的适用条件及其作用效果39-40
• 2.4.2 超前小导管和管棚预支护的对比分析40-42
• 2.5 超前小导管预支护参数设计42-46
• 2.5.1 超前预支护参数42-43
• 2.5.2 注浆设计参数43-46
• 2.6 本章小结46-48
• 3 超前小导管注浆加固力学效应的数值模拟研究48-80
• 3.1 数值模型的建立48-52
• 3.1.1 计算参数的选取49-51
• 3.1.2 隧道开挖和支护方法51-52
• 3.2 未注浆加固工况下的隧道施工模拟分析52-65
• 3.2.1 隧道围岩变形规律54-61
• 3.2.2 隧道围岩竖向应力变化规律61-62
• 3.2.3 掌子面围岩塑性区分析62-65
• 3.3 超前小导管预支护隧道施工模拟分析65-78
• 3.3.1 隧道围岩变形规律65-72
• 3.3.2 隧道围岩竖向应力变化规律72-74
• 3.3.3 掌子面围岩塑性区分析74-78
• 3.4 本章小结78-80
• 4 超前小导管注浆效果的影响因素分析及其参数优化80-114
• 4.1 小导管外插角度对注浆加固效果的影响分析80-90
• 4.1.1 不同小导管外插角度下围岩的竖向应力分析80-84
• 4.1.2 不同小导管外插角度下围岩的塑性区分布84-86
• 4.1.3 不同小导管外插角度下围岩的变形规律86-90
• 4.2 小导管环向布设范围对注浆加固效果的影响分析90-99
• 4.2.1 不同环向布设范围下围岩的竖向应力分析90-93
• 4.2.2 不同环向布设范围下围岩的塑性区分布93-95
• 4.2.3 不同环向布设范围下围岩的变形规律95-99
• 4.3 小导管纵向间距对注浆加固效果的影响分析99-108
• 4.3.1 不同小导管纵向间距下围岩的竖向应力分析99-102
• 4.3.2 不同小导管纵向间距下围岩的塑性区分布102-104
• 4.3.3 不同小导管纵向间距下围岩的变形规律104-108
• 4.4 超前小导管预支护设计方案的优化108-112
• 4.4.1 超前小导管预支护参数的优选108
• 4.4.2 优化方案与初始方案的对比分析108-112
• 4.5 本章小结112-114
• 5 依托工程隧道监控量测与围岩稳定性分析114-130
• 5.1 监控量测的目的与意义114
• 5.2 监测试验内容与测点布置114-117
• 5.2.1 周边收敛测点布置115
• 5.2.2 拱顶测点布置115-116
• 5.2.3 浅埋地表测点布置116-117
• 5.3 隧道围岩稳定性分析117-126
• 5.3.1 隧道围岩失稳破坏形式117-118
• 5.3.2 隧道稳定性评判方法118-119
• 5.3.3 隧道围岩及地表变形分析119-126
• 5.4 监测数据与数值计算结果的对比分析126-129
• 5.5 本章小结129-130
• 6 结论与展望130-132
• 6.1 主要结论130-131
• 6.2 研究展望131-132
• 致谢132-134
• 参考文献134-140
• 附录140
• A. 作者在攻读学位期间参与的科研项目140
• B. 作者在攻读学位期间发表的论文目录140

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本文编号：302523