基于位移反分析的隧道洞口段围岩参数确定及施工应用

摘要

近年来，随着交通事业的蓬勃发展，带动了以隧道工程为典型代表的地下工程飞速发展，如今地下工程的发展正向着难度大、技术复杂、精度要求高的领域迈进，长大隧道工程发展、地下空间的大力开发和利用成为了本世纪的主旋律。
　　目前，在岩土工程中确定岩土体物理力学参数的常用方法为室内土工试验和现场试验，由于土工试验对岩土体的扰动、现场试验勘测点选定的随机性、试验人员的操作误差以及试验经费等因素，都会导致得出的参数不能准确代表现场的实际情况，使其参考性不尽人意，因此，如何有效选取岩土体参数以供地下工程设计、施工等工作运用是目前岩土工程面临的难题之一。
　　隧道洞口段上覆岩土体较薄，隧道洞身浅埋，施工时极易造成冒顶、塌方等工程事故。本文结合广西柳州三门江隧道工程这一工程实例，基于岩土工程位移反分析理论，通过建立监控量测系统对隧道施工过程的位移进行监测，利用MIDAS/GTS建立隧道三维数值模型，对隧道洞口段围岩的物理力学参数进行了反分析，并对隧道施工以一定的指导，主要内容总结如下:
　　1、系统论述了位移反分析的分类，详细介绍了正反分析的原理，介绍了待反参数的敏感性及如何确定待反参数的方法，论述了位移反分析法在隧道洞口段稳定性分析的意义及实现方法;
　　2、以位移反分析法基本原理为依据，结合三门江隧道工程实体，建立隧道监控量测体系，测得隧道洞口一个施工阶段的位移量测值，利用回归分析法对量测值进行常用函数的回归分析，得到量测值的回归方程，并利用回归方程推算围岩稳定时的隧道周边量测点的位移，供反分析使用;
　　3、建立MIDAS/GTS有限元数值模型，利用黄金分割优化方法对确定好的待反参数进行迭代计算，通过计算获得接近实际反分析解，将反分析解带入模型正算，预测后期施工隧道周边位移，结果表明反分析结果具有较好的适用性，为隧道洞口段稳定性及二次衬砌的施作时机提供了依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 问题的提出及意义

1．2 国内外研究现状及存在的问题

1．2．1 反分析法的研究现状

1．2．2 反分析法存在的问题

1．3 本论文主要研究内容和技术路线

1．3．1 本论文主要研究内容

1．3．2 本论文技术路线

第二章 反分析基本理论与方法

2．1 反分析的基本理论

2．1．1 反分析的分类

2．1．2 正反分析法的基本原理

2．1．3 待反参数的敏感性

2．1．4 待反参数的确定

2．2 基于位移反分析的隧道洞口段稳定性分析的实现方法

2．2．1 隧道洞口段概述

2．2．2 隧道洞口段位移反分析的实现方法

2．3 本章小结

第三章 三门江隧道施工监控与数据处理

3．1 隧道工程概况

3．1．1 地形地貌

3．1．2 地层岩性

3．1．3 水文地质条件

3．1．4 各岩土层承载力及物理力学参数的选用

3．1．5 岩溶特征及不良地质现象

3．1．6 隧道出口段工程地质评价

3．2 隧道施工监控量测

3．2．1 监控量测概述

3．2．2 监测点的布置与控制

3．2．3 监测数据的采集

3．3 量测数据分析

3．3．1 监控量测实测数据

3．3．2 量测数据的回归分析

3．3．3 确定回归方程

3．3．4 ZK2+050断面位移最终值

3．4 本章小结

第四章 Midas／GTS模型建立与反分析计算

4．1 隧道开挖数值模型的建立

4．1．1 模型说明

4．1．2 支护措施的模拟说明

4．1．3 围岩和支护结构参数确定

4．1．4 数值模型的网格划分

4．1．5 隧道开挖方法描述

4．1．6 右洞开挖对左洞区域的影响

4．2 待反参数的选取

4．3 位移反分析计算

4．3．1 黄金分割法

4．3．2 对弹性模量E的反分析

4．3．3 对侧压力系数K0的反分析

4．3．4 反分析结果分析

4．4 位移反分析结果对隧道洞口段的指导

4．4．1 反分析结果的适用性验证

4．4．2 反分析结果在施工过程中的指导

4．4．3 反分析运用中存在的问题

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文