软岩公路隧道施工期围岩变形支护受力特征分析

发布时间：2017-08-21 10:04

  本文关键词：软岩公路隧道施工期围岩变形支护受力特征分析

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【摘要】：在软岩环境中修建隧道,围岩的变形控制是非常重要的方面。深入研究软岩的力学特性及变形特征,选取可靠有效的支护体系,是施工安全与经济合理的重要保障。本文以在建的穿越软岩地区的甘孜州巴白路欧帕拉隧道为依托工程,在充分了解现场工程地质条件的基础上,以现场监控量测手段为核心,以室内数值模拟手段为辅助,深入研究了隧道施工期围岩变形与支护受力特征及其变化规律,分析其影响因素,并评价其支护体系的有效性和合理性。获得的主要成果如下:(1)监控量测方案设计。根据现场实际地质情况,结合设计参数和施工方法,再依据相关规范的要求,制定了针对性的监控量测方案,包括:监控量测项目选取、监测仪器选型及测点布置方案等内容。(2)基于拱顶下沉、围岩周边位移、围岩内部位移和围岩松动圈测试监测成果,分析得出施工期围岩的变形特征及其变化规律。隧道下部围岩变形最大,变形主要发生在0-3.5m深度范围内。围岩变形可以大致分为三个阶段:(1)隧道掘进应力释放阶段;(2)仰拱施工变形调整阶段;(3)围岩变形稳定阶段,变形主要发生在前两个阶段。(3)基于围岩与初支压力、锚杆轴力和钢支撑内力监测成果,分析得出施工期围岩-支护受力特征及其变化规律。隧道围岩压力大致可分为两类:变形压力与流变压力,变形压力是本隧道围岩压力的主要部分。锚杆可有效约束围岩变形发展,锚杆受力的变化发展与施工进度具有很好的相关性。钢拱架受力以压应力为主,拱顶至拱肩范围内受压应力均较大,在支护体系中具有骨架作用,并可迅速发挥支护作用。总的来说,隧道的支护体系是有效的和合理的,但优化空间不大。(4)基于数值模拟计算成果,总结了隧道整个开挖施工过程中围岩变形与支护受力特征规律。隧道围岩最大主应力基本呈左右对称分布,在拱顶形成了明显的低应力区,而在拱肩及边墙处形成了明显应力集中区。隧道围岩位移场也基本上呈左右对称分布,且位移随着开挖进尺的增加而逐渐增大,位移最明显的部位是拱顶和边墙。所有锚杆所受轴力均为拉力,初始开挖时锚杆受力变化明显,然后随开挖进尺的增加,锚杆轴力最大值逐渐趋于稳定。
【关键词】：软弱围岩 公路隧道 监控量测 支护体系 数值模拟
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U455.7
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 前言10-17
• 1.1 选题依据及研究意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 软岩的力学特性研究11-12
• 1.2.2 隧道的现场监控量测技术研究12-13
• 1.2.3 隧道围岩与支护结构相互作用理论研究13-15
• 1.3 研究内容及技术路线15-17
• 1.3.1 研究内容15
• 1.3.2 研究思路及技术路线15-17
• 第2章 工程地质环境条件17-31
• 2.1 自然地理概况17-19
• 2.1.1 地理位置及交通17-18
• 2.1.2 气象、水文18-19
• 2.2 区域地质环境19-21
• 2.2.1 区域地质构造19-21
• 2.2.2 新构造运动21
• 2.2.3 地震21
• 2.3 工程地质条件21-27
• 2.3.1 地形地貌21-22
• 2.3.2 地质构造22
• 2.3.3 地层岩性22-25
• 2.3.4 水文地质条件25
• 2.3.5 岩土体物理力学性质25-27
• 2.3.6 不良地质现象27
• 2.4 欧帕拉隧道工程地质评价27-31
• 2.4.1 区域稳定性27
• 2.4.2 地层岩性27-28
• 2.4.3 工程岩体结构特征28
• 2.4.4 初始地应力场及其评价28-29
• 2.4.5 洞室围岩级别的划分及稳定性评价29-31
• 第3章 监控量测方案设计31-39
• 3.1 试验段地质情况及围岩等级的划分31-32
• 3.2 试验段支护参数32-33
• 3.3 试验段施工方法33
• 3.4 监控量测项目选取33-34
• 3.5 监测仪器选型及测点布置方案34-39
• 3.5.1 围岩周边位移量测34-35
• 3.5.2 拱顶下沉量测35-36
• 3.5.3 锚杆轴力量测36
• 3.5.4 围岩内部位移量测36-37
• 3.5.5 围岩与初支压力量测37-38
• 3.5.6 钢支撑内力量测38
• 3.5.7 围岩松动圈观测（声波测试）38-39
• 第4章 围岩变形特征39-76
• 4.1 围岩周边位移39-44
• 4.1.1 S0+002围岩周边位移监测成果分析39-41
• 4.1.2 S0+013围岩周边位移监测成果分析41-42
• 4.1.3 S0+025围岩周边位移监测成果分析42-44
• 4.2 拱顶下沉44-46
• 4.2.1 S0+002拱顶下沉监测成果分析44-45
• 4.2.2 S0+013拱顶下沉监测成果分析45-46
• 4.3 围岩内部位移46-66
• 4.3.1 S0+002围岩内部位移监测成果分析46-54
• 4.3.2 S0+013围岩内部位移监测成果分析54-60
• 4.3.3 S0+025围岩内部位移监测成果分析60-66
• 4.4 声波测试66-68
• 4.4.1 S0+002声波测试成果分析67-68
• 4.4.2 S0+013声波测试成果分析68
• 4.5 围岩变形特征及影响因素分析68-74
• 4.5.1 围岩周边位移特征与影响因素分析69-70
• 4.5.2 围岩内部位移特征与影响因素分析70-74
• 4.6 围岩稳定性评价及二次衬砌施作时机分析74-76
• 第5章 围岩-支护受力特征76-102
• 5.1 围岩与初支压力76-84
• 5.1.1 S0+002围岩与初支压力监测成果分析76-77
• 5.1.2 S0+007围岩与初支压力监测成果分析77-79
• 5.1.3 S0+013围岩与初支压力监测成果分析79-80
• 5.1.4 S0+019围岩与初支压力监测成果分析80-81
• 5.1.5 S0+025围岩与初支压力监测成果分析81-82
• 5.1.6 S0+029围岩与初支压力监测成果分析82-84
• 5.2 锚杆轴力84-91
• 5.2.1 S0+002锚杆轴力监测成果分析84-86
• 5.2.2 S0+009锚杆轴力监测成果分析86-87
• 5.2.3 S0+013锚杆轴力监测成果分析87-88
• 5.2.4 S0+018锚杆轴力监测成果分析88-89
• 5.2.5 S0+025锚杆轴力监测成果分析89-91
• 5.3 钢支撑内力91-99
• 5.3.1 S0+003钢支撑内力监测成果分析91-92
• 5.3.2 S0+007.5 钢支撑内力监测成果分析92-93
• 5.3.3 S0+012钢支撑内力监测成果分析93-94
• 5.3.4 S0+016.5 钢支撑内力监测成果分析94-95
• 5.3.5 S0+021钢支撑内力监测成果分析95-96
• 5.3.6 S0+025.5 钢支撑内力监测成果分析96-97
• 5.3.7 S0+030钢支撑内力监测成果分析97-99
• 5.4 围岩-支护相互作用分析99-102
• 5.4.1 围岩位移与锚杆应力的关系99-100
• 5.4.2 围岩变形与围岩压力的关联分析100-102
• 第6章 隧道试验段开挖过程数值模拟研究102-116
• 6.1 计算模型及参数102-104
• 6.1.1 计算范围和单元划分102-103
• 6.1.2 边界条件和参数选取103
• 6.1.3 施工步序103-104
• 6.2 围岩变形与支护受力特征104-116
• 6.2.1 围岩应力场分析105-107
• 6.2.2 围岩位移场分析107-111
• 6.2.3 锚杆内力分析111-116
• 结论及建议116-119
• 致谢119-120
• 参考文献120-123

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4 周新R，

本文编号：712236