V级围岩小净距隧道中夹岩稳定性及尺寸优化的研究

摘要

我国幅员辽阔，大部分地区以山地丘陵地貌为主，地质条件极其复杂，在高等级公路、铁路、地铁建设中，会遇到大量的隧道工程，而这些隧道由于受到地形、总体线路线型等条件的限制，往往不得不在净距不充分的条件下修建2孔或多孔隧道，在该种情况下，目前主要采用连拱隧道和小净距隧道等特殊结构型式，由于连拱隧道施工工艺相当复杂，工期较长，且存在防水、中墙开裂等质量问题，因此该结构型式的应用受到了一定限制，而小净距隧道既较好地解决了双洞隧道接线问题，又有效地克服了连拱隧道的工艺、工期、造价及质量等问题，目前在国内山区公路隧道建设中正得到广泛的应用。
　　 通过对小净距隧道现场监测研究，发现中夹岩的稳定对保证施工、运营至关重要，应是设计、监控量测的重点；隧道先、后行洞围岩受净距的影响明显，中夹岩处存在应力集中的现象，易发生开裂和掉块；隧道开挖支护后，围岩蠕变变形时间较长；对中夹岩的加固关系到整个隧道围岩的稳定，是小净距隧道建设成败的关键。
　　 本文采用三维有限差分法针对依托工程下小净距隧道施工中围岩应力、位移、应变及中夹岩的稳定等问题展开了研究。探讨了依托工程的最优工法、合理净距及合理施工间距。通过对比分析不同工况的结果发现，在针对小净距隧道的施工方法选取时，应考虑工法中对中夹岩的临时加固措施，以保证围岩的稳定；在对隧道掌子面合理间距的研究发现，小净距隧道围岩稳定受净距的尺寸影响十分明显，随着净距的变化，围岩各项指标出现几个阶段性的变化，通过不同阶段的具体情况选取了依托工程下的合理净距；小净距隧道由于其结构形式的特殊性，在施工过程中须考虑双洞掌子面间距对围岩稳定的影响，通过三维数值模拟研究发现，施工间距对隧道围岩的各项指标的最终值影响差别不大，但不同掌子面施工间距对围岩特别是中夹岩在每个施工循环下造成的叠加影响却差异明显，最后通过不同掌子面施工间距下的计算结果及工期要求确定了依托工程下的合理掌子面施工间距。
　　 本文总结了有限差分法计算的结果及隧道施工过程中围岩变化的规律，根据这些结果，针对横岭底隧道现行的设计净距以及施工方法进行了优化调整。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

1绪论

1.1小净距隧道研究的必要性和意义

1.2小净距隧道研究的国内外现状

1.2.1小净距隧道国内研究现状

1.2.2小净距隧道国外研究现状

1.3小净距隧道围岩稳定基本理论

1.3.1岩体初始地应力场

1.3.2隧道结构计算方法

1.3.3隧道围岩力学模型

1.3.4基于弹性力学方法的圆形隧道围岩应力场

1.3.5圆形隧道洞周围岩位移

1.3.6支护后围岩应力场及位移

1.3.7隧道围岩稳定判别原理

1.4论文研究的主要内容与方法

1.4.1论文研究的主要内容

1.4.2论文研究方法

2横岭底隧道监控量测及其成果分析

2.1工程概况

2.1.1水文与工程地质情况

2.1.2隧道设计概况

2.1.3隧道施工方案

2.2横岭底隧道监测技术

2.2.1监控量测的主要目的

2.2.2监控量测的主要内容

2.3横岭底隧道监测成果分析

2.3.1必测项目数据分析

2.3.2选测项目数据分析

2.4本章小结

3小净距隧道开挖方案的优选

3.1有限差分法简介

3.2 FLAC3D的特点及计算原理

3.2.1 FLAC3D的特点

3.2.2 FLAC3D的计算原理

3.3模型建立

3.3.1模型的基本假设

3.3.2模型本构关系的选择

3.3.3模型参数的选取

3.4小净距隧道不同开挖方案数值模拟

3.4.1计算开挖模型及工况的选取

3.4.2隧道开挖方案

3.5数值计算结果分析

3.5.1围岩应力分析

3.5.2中夹岩应力分析

3.5.3围岩应变分析

3.5.4围岩位移场对比分析

3.6本章小结

4小净距隧道合理净距的研究

4.1计算模型的建立

4.2数值计算结果

4.2.1应力分析

4.2.2中夹岩塑性应变分析

4.2.3围岩位移场对比分析

4.3中夹岩不同加固效果的数值计算结果

4.3.1中夹岩应力分析

4.3.2围岩位移场对比分析

4.4本章小结

5先后行洞开挖面合理施工间距的探讨

5.1计算模型的建立

5.2数值计算结果分析

5.2.1中夹岩应力分析

5.2.2中夹岩应变分析

5.2.3围岩位移分析

5.3本章小结

6结论与建议

6.1结论

6.2 建议

致 谢

参考文献

附 录