超前小导管在隧道开挖过程中支护机理的研究

发布时间：2017-05-16 18:01

  本文关键词：超前小导管在隧道开挖过程中支护机理的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着交通科学技术的快速发展,地铁以及跨越山岭地段的公路隧道等交通便捷工程越来越来越多,作为人类对地下空间的一种利用方式,隧道工程的兴建越来越普及,以改善城市快速发展带来的交通压力。在快速发展的同时,隧道开挖面临的一些问题也急需解决。在隧道开挖施工的过程当中,多数情况下隧道开挖掌子面周围的岩体具有很差的自稳能力,这个时候就需要对其进行预加固,也就是超前支护。小导管超前注浆支护技术作为隧道工程施工中超前支护的一种支护工艺方法,正逐渐成为解决隧道开挖问题的新技术之一,特别是在不良地质地段(包括有浅埋段、砂卵石段、洞口偏压段、砂层段、软弱破碎带、断层破碎带等地段)的预支护工程中。施工时,需要将导管提前打入隧道开挖掌子面周围的岩土体中,然后通过导管向岩土体中注入浆液,通过物理化学反应,改善隧道上部围岩的特性,最终形成一个能够有效保障隧道安全施工的加固区域。小导管注浆这种超前支护方式,作为隧道能够顺利施工开挖的辅助性方法之一,在浅埋段以及破碎断层地段等一些不良地质地段的施工过程当中扮演了越来越重要的角色,尤其是在隧道施工塌方问题的处理上面,由于其具有很好的经济效益以及灵活性,但更多的还是因为这项技术具有良好的加固效果,才能使得这种支护方式在隧道开挖的工程实例中获得了越来越广泛的实践。因此就十分有必要来探讨一下小导管注浆超前支护技术在隧道开挖过程中的作用机理。本文采用大型通用有限元软件ABAQUS,系统分析了小导管注浆超前支护的加固机理,探讨了隧道小导管与注浆加固区、围岩与注浆加固区之间的相互作用机理。通过对二维、三维以及导管不同外插角度等多个工况的数值模拟对比,初步研究了加固区拱体结构的受力方式,以及导管在这一支护过程当中所起的作用,探讨了注浆加固区对稳定隧道开挖掌子面的重要性,分析了导管外插角度变化对加固效果的影响,确定该项技术在实际工程实践中能够达到设想的支护效果,从而在保证隧道掌子面开挖、施工安全性以及衬砌的连续性等方面起到很重要的作用。
【关键词】：超前小导管 隧道开挖 支护机理 数值模拟 ABAQUS
【学位授予单位】：河南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U455.7
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-18
• 1.1 课题的提出11-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.2.1 隧道的变形以及稳定性研究现状12-13
• 1.2.2 小导管注浆超前支护研究现状13-15
• 1.3 研究内容与方法15-16
• 1.3.1 研究内容15-16
• 1.3.2 研究方法16
• 1.4 研究的意义16-18
• 2 超前支护机理及常见应用18-22
• 2.1 超前支护的概念18
• 2.2 超前支护的理论原理18-21
• 2.2.1 锚杆超前支护技术19
• 2.2.2 管棚超前支护技术19
• 2.2.3 冻结法19-20
• 2.2.4 水平旋喷法20
• 2.2.5 锚杆注浆加固法20
• 2.2.6 注浆小导管超前支护技术20-21
• 2.3 超前支护技术的应用21-22
• 3 超前小导管注浆加固技术机理22-30
• 3.1 概述22
• 3.2 注浆机理分析22-24
• 3.2.1 压密注浆法23
• 3.2.2 劈裂注浆法23-24
• 3.2.3 渗透注浆法24
• 3.3 加固机理分析24-26
• 3.3.1 锚杆作用25
• 3.3.2 梁、拱作用25-26
• 3.4 小导管注浆加固设计26-30
• 3.4.1 常用注浆导管排列方式26-27
• 3.4.2 注浆导管参数设计27-28
• 3.4.3 浆液参数的选取28-30
• 4 隧道围岩变形的力学分析30-43
• 4.1 围岩压力理论30-31
• 4.2 隧道围岩的稳定性分析31-37
• 4.2.1 围岩的破坏与加固机制33-34
• 4.2.2 加固后围岩应力分析34-36
• 4.2.3 加固后围岩位移分析36-37
• 4.3 隧道围岩稳定性判据37
• 4.4 小导管受力分析37-43
• 4.4.1 小导管力学模型38-39
• 4.4.2 小导管受力分析39-43
• 5 隧道超前小导管注浆支护数值模拟43-59
• 5.1 ABAQUS建模介绍43-45
• 5.2 二维模型的分析计算45-49
• 5.2.1 模型的建立和边界条件的设定45-46
• 5.2.2 材料的选取以及开挖步骤的设定46
• 5.2.3 计算结果的分析46-49
• 5.3 三维模型的分析计算49-54
• 5.3.1 模型的建立和边界条件的设定49-50
• 5.3.2 计算结果的分析50-54
• 5.4 超前小导管预加固效果分析54-59
• 5.4.1 打设角度对小导管支护作用的影响54-56
• 5.4.2 注浆加固区与周围土体之间的相互作用56-59
• 6 结论与展望59-61
• 6.1 结论59-60
• 6.2 展望60-61
• 参考文献61-64
• 致谢64-65
• 个人简历65

【参考文献】

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本文编号：371506