中山中路隧道掌子面稳定性与变形控制技术研究

摘要

随着经济的快速发展和科学技术的进步，中国的隧道建设取得了举世瞩目的成就。目前，我国已经成为世界最大的地下空间和隧道市场国家，隧道设计和施工技术达到世界领先水平。在大规模建设隧道的同时，遇到的地质条件也越来越复杂。开挖过程当中，开挖面的稳定度和变形的控制效果，直接影响隧道的施工质量，处理不当会出现塌方、冒项等工程事故，造成严重的损失。对于软岩大断面隧道掌子面稳定性问题，研究还处于一个较低的水平，因此有必要进一步研究隧道掌子面变形稳定性及其控制技术。
　　本文在这种背景下，以贵阳市中山中路隧道工程实例为依托，以隧道掌子面稳定性及其变形控制技术为研究重点，在广泛调研、参阅国内外相关文献的基础上，综合采用理论分析、有限元软件数值模拟、现场地质预报分析和监控量测等多种研究手段，初步研究出一套系统的掌子面稳定性分析及变形控制理论，能有效预防掌子面失稳的发生。研究内容主要包括以下几个方面:
　　①较全面的分析隧道掌子面围岩变形特征，揭示掌子面失稳的力学机理和影响其稳定性的因素。
　　②系统研究了隧道围岩级别与掌子面稳定性的关系，探讨掌子面稳定性的判别方法。
　　③在围岩级别判定的基础上，进行综合超前地质预报分析和监控量测的应用研究，探讨隧道掌子面稳定性的预报方法和掌子面变形的量测方法，制定其预报准则和控制标准。
　　④全面综述了隧道掌子面超前核心土的作用，利用GTS有限元软件对不同的掌子面变形控制措施进行数值模拟，深入研究隧道掌子面变形控制技术的作用机理和作用效果。
　　⑤结合工程实例，进一步分析软岩隧道掌子面的失稳机理，采取切实有效的变形控制措施，验证超前预支护和超前预加固对稳定隧道掌子面的合理性。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 隧道掌子面稳定性研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文研究内容与方法

第二章 隧道掌子面围岩稳定性分析

2．1 围岩变形机制

2．2 掌子面围岩变形规律

2．2．1 隧道掌子面围岩变形分布规律

2．2．2 掌子面失稳塌方事故分析

2．2．3 掌子面失稳破坏机制

2．3 影响掌子面稳定性的因素

2．3．1 不良地质条件的影响

2．3．2 地应力的影响

2．3．3 地下水的影响

2．3．4 隧道断面尺寸和形状的影响

2．3．5 隧道工法的影响

2．3．6 施工技术管理水平的影响

2．4 隧道围岩与支护作用体系

2．5 本章小结

第三章 隧道掌子面稳定性评价与安全预报

3．1 围岩级别与掌子面稳定性

3．2 隧道综合超前地质预报分析应用

3．2．1 超前地质预报分析常用方法研究

3．2．2 预报方法的合理选择

3．2．3 地质分析预报准则

3．3 基于监控量测的隧道安全预报机制

3．3．1 隧道安全监测的内容和方法

3．3．2 监控量测控制标准

3．4 本章小结

第四章 掌子面变形控制机理和效应分析

4．1 新意法对隧道掌子面稳定性的研究

4．1．1 新意法的基本原理

4．1．2 核心土对于稳定掌子面的重要意义

4．2 掌子面变形控制对策

4．2．1 保护性措施——掌子面超前预支护

4．2．2 加固性措施——超前核心土预加固

4．3 掌子面围岩变形控制效应分析

4．3．1 模型及工况

4．3．2 计算参数的获取

4．3．3 不同措施控制效应对比分析

4．4 本章小结

第五章 中山中路隧道工程实例分析

5．1 中山中路隧道工程概况

5．1．1 隧道工程地质条件

5．1．2 隧道水文地质条件

5．2 施工中存在问题及原因分析

5．2．1 隧道掌子面失稳与初支大变形问题

5．2．2 隧道变形与失稳原因分析

5．3 掌子面失稳与变形控制方案

5．3．1 方案评估

5．3．2 变形控制措施

5．3．3 控制指标及要求

5．4 数值模拟与监控量测分析

5．4．1 三维有限元模型的建立

5．4．2 计算结果与现场实测资料对比分析

5．5 本章小结

第六章 结论及建议

6．1 结论

6．2 建议及展望

致谢

参考文献

在校期间发表的论著及取得的科研成果