软岩隧道台阶法施工变形控制措施研究

摘要

在我国大规模的隧道施工建设中，软弱围岩隧道的大变形问题一直困扰着诸多隧道建设者。究其原因主要是对软弱围岩隧道的变形特征、变形机理和变形控制措等方面的研究存在诸多认识上的不足。针对这一系列的问题，本文以牡绥线双丰隧道为工程依托，以软弱围岩隧道变形为背景，理论分析分析软弱围岩隧道的变形机理。其次由实际监控量测分析提出不同的变形控制措施并结合数值模拟优选出最佳的变形控制措施。最后运用突变理论分析双丰隧道极限位移，并依据结果及工程界普遍使用的三级管理机制建立双丰隧道的变形控制基准，并将变形控制措施的理论分析与数值模拟的优选结果相结合，归纳总结双丰隧道的合理变形控制措施。论文主要工作和成果如下：
　　（1）理论分析了软岩的变形机理，主要包括：软岩的概念；软岩的分类；软岩的力学特征；软岩的变形破坏特征。
　　（2）通过现场实际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。数据分析表明，围岩初期变形较大且持续时间较长；岩体侧向压力较大，使得支护结构受力呈现不对称性。
　　（3）依据软岩的变形机理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，主要包括：采用不同台阶高度、不同台阶长度、不同开挖进尺、不同锁脚锚管以及不同纵向连接形式等。得出优选结果，宜采用3.4m台阶高度、5m台阶长度、0.5m开挖进尺、上台阶采用下斜角度较大的锁脚锚管、中下台阶采用下斜角度较小的锁脚锚管、纵向连接则采用14号槽钢。
　　（4）运用突变理论分析双丰隧道极限位移，并依据结果及工程界普遍使用的三级管理机制建立双丰隧道的变形控制基准。
　　（5）通过将变形控制措施的理论分析与数值模拟的优选结果相结合，归纳总结双丰隧道的合理变形控制措施，包括：施工方法——建议采用三台阶七步开挖法；支护方法——初期支护为锚喷支护，同时辅助锁脚锚管以及纵向连接。

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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研究内容及其技术路线

1.4依托工程概况

2软弱围岩变形机理分析

2.1软岩概念的简介

2.2软岩的分类

2.3软岩的力学特征

2.4软岩的变形破坏特征

2.5小结

3软弱围岩隧道监控量测分析研究

3.1软岩隧道监控量测的重要性

3.2软岩隧道监控量测的内容和量测数据的应用

3.3双丰隧道监控量测基本情况和数据分析

3.4小结

4软弱围岩隧道变形控制措施数值模拟分析研究

4.1计算模型及参数选取

4.2不同控制措施的数值模拟

4.3数值模拟结果与实测结果对比分析

4.4小结

5软弱围岩隧道变形控制措施研究

5.1极限位移及变形控制基准分析

5.2软岩隧道支护理论

5.3软岩隧道变形控制方法

5.4双丰隧道变形控制措施

5.5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