隧道穿越第三系砂泥岩施工变形控制措施研究

摘要

本文依托于哈牡客专爱民隧道实际工程，通过现场施工监测和数值模拟，分析了隧道穿越第三系砂泥岩的施工变形控制措施。论文的主要工作和成果如下:
　　(1)进行了预加固机理的分析，分别从渗透注浆、劈裂注浆和压密注浆三个方面论述了注浆过程中，浆液在周围围岩中以哪种形式扩散以及最终达到的注浆效果。
　　(2)通过对现场实际的DK293+587（未注浆）、DK293+626（周边帷幕注浆）两个断面的监控量测，将数据整理分析之后得出:在DK293+587断面，由于变形控制措施的不理想，这部分的围岩变形量大，尤其是拱顶的沉降，已经达到了-64.3cm，变形过程中呈现出初期变形量较大、速率快和最终达到稳定所持续的时间长的特点。受力方面出现偏压的现象，钢拱架最终的稳定应力最大为-453MPa，已经达到屈服状态。在DK293+626断面周边帷幕注浆之后，位移情况得到改善，到达稳定的时间明显缩短，拱顶的沉降值仅为-16cm，减小了3/4，钢拱架最终的稳定应力最大为-209MPa，下降了一半。
　　(3)模拟了隧道无预加固措施、隧道周边帷幕注浆、隧道超前大管棚三种情况之下的隧道开挖。无超前预加固措施的模拟结果:位移方面拱顶的沉降值为-65.59cm，中台阶处的左右水平位移值分别为19.15cm、11.22cm，与现场实际监测的结果接近。而采取隧道周边帷幕注浆之后的模拟结果:拱顶沉降值为-17.42cm，中台阶处的左右水平位移值分别为9.62cm、5.72cm，与实际拱顶-16cm，中台阶8.5cm、3.8cm相比基本吻合。无超前预加固的钢拱架应力拱顶结果为-311.15MPa，隧道周边帷幕注浆，拱顶的应力则为-138MPa，二者均与实际测量结果较为吻合。
　　(4)通过对于80°、100°、120°三种超前加固范围的超前大管棚模拟，左侧拱腰处竖向位移分析，结果分别为-53.21cm、-51.13cm、-44.41cm。因为隧道施工过程中预留变形量为50cm，所以，只有120°的加固范围更能满足要求。但120°的加固范围所呈现的模拟结果相较于帷幕注浆，效果不是十分理想，故应该采取帷幕注浆的施工变形控制措施。
　　(5)通过运用理论分析法、检查孔法和开挖揭露注浆情况，对于实际采取的帷幕注浆效果进行评定，得出帷幕注浆措施的实施对于现场较为松散的地层有着明显的加固作用，满足开挖的要求，施工得以顺利进行。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 第三系砂泥岩的研究现状

1．2．2 隧道施工变形控制的研究现状

1．3 研究内容

2 依托工程概况及注浆机理的探讨

2．1 工程概况

2．1．1 隧道地质条件

2．1．2 隧道水文条件

2．1．3 工程遇到的问题

2．1．4 围岩实际变形受力情况

2．2 帷幕注浆与超前大管棚预加固机理分析

2．2．1 渗透注浆机理

2．2．2 劈裂注浆机理

2．2．3 压密注浆机理

3 爱民隧道DK293+587、DK293+626断面监控量测数据分析

3．1 隧道监控量测的目的和意义

3．2 现场隧道的支护设计参数

3．3 监控量测项目的选取

3．4 测量原理及量测方案

3．4．1 监测断面仪器的布置

3．4．2 隧道周边位移和拱顶下沉量测

3．4．3 围岩压力及两层支护间压力

3．4．4 钢支撑内力

3．4．5 支护、衬砌内应力

3．5 断面DK293+587监测数据分析

3．5．1 位移—时间数据分析

3．5．2 围岩与喷射混凝土接触压力数据分析

3．5．3 钢拱架应力监测数据分析

3．6 断面DK293+626监测数据分析

3．6．1 位移—时间数据分析

3．6．2 围岩与喷射混凝土接触压力数据分析

3．6．3 钢拱架应力监测数据分析

3．6．4 两层支护间压力数据分析

3．6．5 混凝土应力数据分析

3．6．6 二衬内钢筋轴力数据分析

3．7 本章小结

4 基于MIDAS／GTS NX软件对隧道变形控制措施的对比分析研究

4．1 模型的建立

4．2 模型建立的实现

4．2．1 模型的构成部分图

4．2．2 模型的施工阶段步序

4．3 无超前预加固措施的隧道施工过程数值模拟分析

4．3．1 位移方面

4．3．2 隧道初期支护受力方面

4．4 周边帷幕注浆之后的隧道施工过程数值模拟分析

4．4．1 位移方面

4．4．2 隧道初期支护受力方面

4．5 拱部三种超前大管棚加固范围的隧道施工过程数值模拟分析

4．5．1 综述

4．5．2 位移方面

4．5．3 初期支护受力方面

4．6 三种数值模拟的对比

4．6．1 位移方面对比分析

4．6．2 初期支护受力方面的对比分析

4．6．3 隧道周边实体的平均总应力对比

4．7 本章小结

5 帷幕注浆效果的评定

5．1 理论分析法

5．1．1 注浆量分析

5．1．2 典型注浆P-Q-T曲线分析

5．2 检查孔法

5．2．1 检查孔布置

5．2．2 检查孔完成情况

5．3 开挖揭露注浆情况

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果