【硕士】斑竹林隧道软弱围岩变形特征与控制措施研究【2009】

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内容简介

　　学科专业：防灾减灾工程及防护工程　　授予学位：工学硕士　　学位授予单位：重庆交通大学　　学位年度： 2009年　　近年来，我国建设了大量铁路、公路隧道。在修建过程中当隧道位于软弱、破碎段时，隧道围岩具有稳定性差、形变复杂等特点，常形成软弱围岩大变形、流变等地质灾害，往往成为整条隧道的薄弱环节和难题。因此，对软弱围岩变形特征及其控制措施研究是目前急需解决的问题。　　为此，作者以斑竹林隧道软弱围岩洞段为研究对象，依据隧道施工监控量测数据，分析和总结了软弱围岩变形特征，并运用弹塑性有限元法分别对软弱围岩隧道不同开挖方式及施工过程中围岩、支护结构力学效应进行数值模拟研究，总结和论证了软弱围岩隧道支护措施和方法，主要研究成果有：　　(1)对斑竹林隧道施工过程中现场监测资料进行分析，重点研究了隧道典型断面的围岩变形一时间变化曲线、围岩变形一空间变化曲线的特点及规律，对围岩变形时间效应和空间效应进行分析，得出斑竹林隧道软弱围岩变形特征有：隧道拱顶沉降变形量比周边水平收敛值大。软弱围岩大变形段表现为变形量大，拱顶偏压，围岩受到剪胀挤出，造成支护结构严重破损：Ⅳ级、V级围岩一般在埋设测点后经历一个月后趋于稳定，而大变形段可达数月之久；各断面围岩变形一时间变化曲线主要有抛物线型和似阶梯形两种变化型式；各断面围岩变形一空间变化曲线则主要表现为抛物线型和“厂"型，斑竹林隧道围岩变形空间效应显著。　　(2)对隧道软弱围岩洞口浅埋段的全断面法和台阶法以及单侧壁导坑法的开挖施工过程进行数值模拟研究，计算出三种开挖方式下每一开挖步后的围岩位移场、应力场和锚杆轴力和喷射混凝土层应力变化情况，对计算结果进行了详细分析，比较三种施工方法的优劣，结合实际和经济性考虑，得出斑竹林隧道软弱围岩洞口浅埋段开挖方式采用台阶法比较科学、合理。　　根据斑竹林隧道软弱围岩施工三维数值模拟计算结果分析表明围岩变位比较显著的区域为距隧道开挖轮廓线0．5倍洞径范围内，隧道浅表围岩位移是施工中位移控制的重点；台阶法施工中拱脚处常产生应力集中，所以在实际施工中应注意加强拱底部位的支护，尽早闭合仰拱，以分担拱脚处的承受的荷载；当隧道开挖完毕后，大部分锚杆受力较小，而喷射混凝土层基本全部受到受压，最大压应力产生在边墙项部，实际施工中常表现为该部位产生纵向裂缝，开裂、剥落，对此应及时采取补喷混凝土等措施，并加强监控量测，控制该部位受力状态的恶化。　　总体看，支护结构处于正常工作状态。　　3)通过对不同围岩隧道支护方法的比较研究，结合各种支护措施的作用机理，从保护和加固围岩角度出发，总结和论证了斑竹林隧道软弱围岩大变形控制对策和支护措施，认为就当前支护理论的发展和施工工艺水平看，无论对于一般软弱围岩还是对于特殊地质围岩，其支护措施应以锚注支护为中心，通过结合其它辅助支护措施，如采用可缩性型钢拱架、可缩锚杆和钢纤维混凝土等措施，从而达到控制各种类型软弱围岩变形的目的。　　

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