大别山隧道新奥法施工的围岩分级和监控量测研究

摘要

当前隧道施工主流方法为新奥法施工。新奥法的理论基础是最大限度地发挥围岩的自承作用，尽可能保护隧道围岩原有强度，允许围岩变形但又不致出现强烈的松弛破坏，并及时掌握围岩和支护变形动态，使隧道围岩的变形与限制变形的结构支护抗力保持动态平衡。本文以麻武高速公路大别山隧道为实例，对隧道的特定围岩条件及其施工中的变形过程进行分析，寻找隧道在其所处围岩条件下的变形规律。为类似工程建立工程经验和积累数据。 本文所做的的工作有： 1）、叙述了新奥法施工的理论基础和监控量测的研究现状，并简述当前各种围岩稳定性判别办法的两大思路：一是建立严谨的数学或者力学模型对整个施工围岩状态和施工过程进行模拟并直接作出判断，这种思路的方法主要有力学解析方法、数值计算方法；二是把整个围岩当作一种整体系统来考虑，利用统计学和概率论建立数学模型从而对围岩进行稳定性评价，这种思路主要研究方法有人工智能方法、围岩分级法、可靠度分析方法、监控量测反分析法。 2）、通过引入南非比尼韦斯基（Bieniawski，1976，1989）提出的RMR地质力学分类系统，建立一套适用于本工程的、能够在施工现场快速、准确判断隧道围岩类别的办法并将之用在大别山隧道的围岩分级，并在此分级基础上，通过对分级各个因素分析进行支护设计，取得了良好的效果。期望能为其他类似工程提供有益的建议和启发。 3）、运用大型有限元分析软件ANSYS模拟隧洞施工开挖及支护过程，选取在Ⅳ级围岩和Ⅲ级围岩两个不同围岩等级条件下的典型地质剖面，建立地质概化模型，采用二维弹塑性Mohr—Coulomb模型对围岩的变形、稳定性及支护措施的效果作出了较准确的评价，数值模拟结果显示支护效果科学有效。 4）利用大别山隧道的监控量测结果对隧道施工过程中的变形规律进行总结和分析，找出了大别山隧道拱顶下沉和洞身收敛的几种变形规律和变形总值范围，并利用回归分析结果建立围岩等级与变形量的概略关系。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1国内外公路隧道建设现状

1.2隧道稳定性评价研究现状

1.2.1隧道围岩稳定性分析解析法

1.2.2隧道围岩稳定性分析系统法

1.3新奥法施工理论概述

1.4本文研究思路

1.5本章小结

第二章大别山隧道工程概况和围岩类别分析

2.1大别山隧道工程概况

2.1.1大别山隧道的地震与区域稳定性

2.1.2大别山隧道工程地质概况

2.2大别山隧道围岩类别分析

2.2.1现行规范的岩石等级划分办法

2.2.2适用于大别山隧道施工现场的围岩等级划分办法

2.2.3大别山隧道围岩等级分类

2.3本章小结

第三章 数值模拟及结果分析

3.1数值模拟方法选取

3.2 ANSYS程序介绍

3.2.1 ANSYS程序概述

3.2.2基于ANSYS程序的隧道工程数值模拟理论

3.3大别山隧道有限元计算结果及分析

3.3.1有限元计算参数选取

3.3.1几何模型建立

3.3.2开挖与支护模拟分析

3.4本章小结

第四章 大别山隧道施工围岩变形监控与分析

4.1监控量测研究现状

4.1.1监控量测研究手段现状

4.1.2监控量测存在的问题

4.2本文监控量测研究方案

4.2.1监控量测项目选择和测点布置

4.2.2监控量测数据结果现场处理及利用

4.2.3监控量测数据结果回归分析及利用

4.3大别山隧道监控量测数据分析

4.3.1大别山隧道施工过程变形规律分析

4.3.2大别山隧道围岩等级与围岩变形概略关系研究

4.4本章小结

第五章 结论和展望

5.1结论

5.2不足之处及展望

参考文献

读研期间发表的论文

硕士期间参与的科研项目及论文项目来源

致 谢