山区浅埋偏压隧道进洞技术研究

摘要

山区浅埋偏压地段隧道洞口施工时遇到多种地质和施工技术问题，主要表现在洞口段围岩一般都比较破碎、易风化、山体边坡表面围岩稳定性差，开挖后会引起围岩原来应力破坏，进而产生坍塌，洞口施工有受到多种外界因素的印象，给工程进尺带来极大的困难。本文是以武罐高速公路莑岩隧道为工程依靠，阐述了浅埋偏压隧道工程特性，运用有限元数值模拟方法对洞口边坡稳定性和施工关键工序套拱管棚支护体系进行了模拟研究分析，又结合现场监控量测分析了工程施工的安全可靠性。论文的主要研究工作与成果如下所示:
　　(1)在山区浅埋偏压隧道施工中，必须了解浅埋偏压隧道的工程特性和受力特征。因此，分别对浅埋隧道和偏压隧道进行了受力特征和变形规律研究，得出隧道施工遇到山区浅埋偏压现象的处理核心是平衡隧道两侧的土压力，主要技术有设置挡土墙、回填重土、挖切土体减压、预注浆加固地表等措施。
　　(2)洞口段围岩易破碎，风化节理发育，在隧道洞口施工过程中容易影响山体围岩平衡，特对三台阶七部法、CD法、导坑超前法等施工方法进行了对比分析，得出三台阶七部法具有施工效率快、适合中大型机械施工、施工安全性较高、开挖技术难度适中、对围岩掌子面的稳定性保持较好、其辅助工序较少等施工优点，因此选取三台阶开挖方法作为施工方案。
　　(3)隧道洞口边坡稳定性易受到地下水、地质围岩特征和构造、施工开挖等因素影响，特对隧道洞口边坡稳定运用有限元模拟软件分析，以确定隧道洞口的受力特征和支护结构安全状态。数值模拟研究得出边坡开挖形成的塑性区较小，通过回填反压即可解决，确保安全;竖向位移从边坡顶到开挖边坡坡脚依次减小，从位移矢量图中看，位移变化发生大的区域位于一级边坡中上部，边坡变形趋势为顺坡下滑。洞口最大压应力为1.07Mpa，最大锚杆轴力位于锚杆底部，为2.29Mpa，隧道洞口边皮稳定系数为1.98，满足设计规范要求。
　　(4)对隧道进洞施工措施中的关键控制性步骤套拱管棚安全性进行了有限元数值模拟分析，得出得出套拱内侧所受最大压应力2.29MPa，发生在隧道右侧拱肩位置。偏压墙在山体推力和自身重力的共同作用下，有绕耳墙左侧墙角转动的趋势，偏压墙最大变形矢量为1.05mm，绕Z轴最大转角1.39×10-4弧度，偏压耳墙总体变形微小，结构稳定。
　　(5)监控量测在隧道的施工中，对于掌握围岩变形收敛情况和支护结构稳定状态有了重要的建设意义，特对洞口段断面进行竖向位移监测、拱顶、左右拱腰部位进行了围岩压力和钢拱架应力监测，监测数据既可以作为现场围岩稳定分析又可优化施工参数。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 选题的背景和意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 隧道洞口施工技术研究现状

1．3．2 隧道洞口施工难点研究现状

1．3．3 隧道洞口边坡稳定性研究现状

1．4 本文研究的目的和内容

1．4．1 本文研究的目的

1．4．2 本文研究的内容

2 隧道洞口边坡稳定性分析

2．1 稳定性分析概述

2．2 边坡稳定性影响因素

2．3 数值模拟边坡稳定性分析研究

2．3．1 有限元计算原理

2．3．2 数值模型的建立

2．3．4 模拟结果分析

2．4 本章小结

3 山区浅埋偏压隧道洞口施工技术

3．1 浅埋偏压隧道特性

3．1．1 浅埋隧道

3．1．2 偏压隧道

3．2 浅埋偏压隧道洞口施工方法

3．2．1 洞口施工原则

3．2．2 洞口施工辅助方法

3．2．3 洞口施工开挖方法

3．3 莑岩隧道洞口段施工方案研究

3．3．2 工程围岩特性

3．3．3 隧道进洞施工方案

3．4 隧道洞口套拱稳定性分析

3．4．1 数值模型的建立

3．4．2 计算结果分析

3．5 本章小结

4 现场施工效果适宜性评价

4．1 现场监控量测意义

4．2 监测内容

4．3 监测结果分析

4．3．1 应变监测分析

4．3．2 围岩压力监测分析

5．3．3 钢拱架应力监测分析

4．4 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

致谢

参考文献