富水泥岩隧道极限位移、变形控制基准及控制措施研究

摘要

富水泥岩开挖后软化很快，产生的问题较多，一直困扰着隧道建设者们。本文以牡丹江双丰隧道工程为依托，首先通过对施工现场监控量测资料的分析得出富水泥岩隧道变形规律；其次结合对尖点突变理论和变形控制理论的理解，运用有限元软件找出了双丰隧道变形的极限位移、提出了双丰隧道变形控制基准；最后对所提出的不同变形控制措施进行数值模拟分析并根据结果比选出了最佳变形控制措施，同时对双丰隧道泄水降压技术进行了研究并比选出最佳泄水降压方案。论文主要工作和成果如下：
　　（1）结合现场监控量测数据对双丰隧道的变形和支护结构受力进行分析，结果表明：双丰隧道变形速率快、持续时间长；围岩压力出现偏压分布，使得支护结构受力呈现不对称性。
　　（2）通过对尖点突变理论的研究，结合数值模拟的手段，分析不同地应力释放系数下洞周塑性应变规律，并查找围岩稳定性的极限状态；之后运用当前工程界普遍使用的三级管理机制对隧道围岩变形控制基准进行分级，提出隧道的变形控制基准。
　　（3）对富水泥岩隧道变形特点进行分析，结果表明泥岩隧道开挖对地层扰动范围更广；开挖所形成的松动区、强度降低区或压密区是交替出现的；泥岩的侧向变形对围压的敏感程度大于轴向变形。
　　（4）依据对富水泥岩的变形特点和实际监控量测分析，提出有针对性的变形控制措施，并通过数值模拟对不同的变形控制措施进行对比分析。不同变形控制措施主要包括：不同台阶高度、不同台阶长度、不同锁脚锚管组合以及不同纵向连接筋形式等。通过优化分析，宜采用3.5m台阶高度、5m台阶长度、两根6m长Φ89锚管组合以及以14号槽钢作为纵向连接筋。
　　（5）提出双降水井和双泄水孔两种不同泄水降压方案，并采用Madis-GTS软件进行模拟分析，结果表明：双降水井方案总排水量较大，达到稳定流的时间较短更利于后期隧道的施工。

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1绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3研究中存在的问题

1.4本论文主要研究内容及其研究路线

2双丰隧道工程概况及施工监控量测分析

2.1双丰隧道工程概况

2.2现场监测方案及监测项目

2.3监测结果分析

2.4本章小结

3双丰隧道富水泥岩段变形控制基准研究

3.1基于突变理论的极限位移研究

3.2双丰隧道变形控制基准的建立

3.3本章小结

4富水泥岩隧道变形特征分析

4.1泥岩隧道变形特征

4.2泥岩变形力学机制

4.3泥岩隧道围岩稳定性影响因素

4.4本章小结

5双丰隧道富水泥岩段变形控制措施及其数值模拟分析

5.1软弱围岩隧道变形控制基本理念及原则

5.2双丰隧道富水泥岩段变形控制措施

5.3不同控制措施的数值模拟分析

5.4本章小结

6双丰隧道泄水降压技术研究

6.1隧道渗漏水原因、防水原则及防水措施

6.2双丰隧道泄水降压方案

6.3不同泄水降压方案数值模拟分析

6.4小结

7结论与展望

7.1结论

7.2展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果