东城1号小净距隧道围岩稳定性分析及施工方案研究

摘要

随着我国经济的迅速增长，交通发展的需求也日益增加，隧道的建设随之兴起，公路隧道呈现出数量快速增长、形式层出不穷的趋势。我国西南部地区以山地高原为主，地质条件情况复杂。在此地域建造的隧道因为地质地形的特殊条件以及桥隧衔接方式等因素的制约，双线隧道左右洞间距常常达不到规范中普通分离式隧道的要求，必需设计为间距较小的小净距隧道或采用连拱隧道等独特布局型式。小净距隧道具备提高公路的通行能力，解除工程场地限制等方面的优点。可是其布局型式也决定了此类隧道施工彼此影响强烈、施工难度大以及安全风险高等问题。因此，本文针对遵义市东城1号隧道工程，运用理论分析、现场量测与数值模拟紧密联系的方法，对小净距隧道围岩稳定性及施工方案展开研究，以期优化设计与指导施工。
　　首先，基于现有研究成果，运用岩体力学的方法分析了隧道开挖后岩体的变形破坏机理，分别讨论了单线隧道与小净距隧道两种情况下围岩压力的计算方法，明确隧道开挖后围岩受力情况，总结了围岩压力的类型与围岩稳定性的判断方法。联系实际工程，根据公路隧道围岩稳定性判别准则，概括得出东城1号隧道围岩稳定性基本处于稳定性差与不稳定之间。
　　其次，通过对东城1号隧道围岩的监控量测，并对测量所得的数据进行数学回归分析。应用Origin绘图软件对监测数值实行指数方程、对数方程、双曲线方程三种函数方程的曲线拟合，选取最优函数预测不同围岩级别的断面拱顶下沉和净空收敛所需的稳定时间与最终沉降量。结果显示指数函数方程能够较好的揭示围岩变形规律，小净距隧道后行右洞施工对先行左洞产生了明显的影响。
　　再次，为了获得小净距隧道的合理净距取值，讨论了小净距隧道合理净距的判断准则。应用大型有限元软件MIDAS/GTS创建三维模型，在不同净距条件下对小净距隧道进行仿真模拟分析。通过比较不同净距条件下中间岩柱的力学与变形特征，得到Ⅳ级围岩条件下小净距隧道的合理净距取值。
　　最后，为了获取小净距隧道的最佳施工方法，通过数值模拟掌握小净距隧道在全断面法、上下台阶法和单侧壁导坑法下的围岩及支护结构的受力变形状况，并结合模拟成果进行不同方法的经济性分析类比。结果表明Ⅳ级围岩条件下，全断面法不适用于Ⅳ级围岩的施工，上下台阶法比单侧壁导坑法的经济效益优越，故得出上下台阶法为最优施工方法。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文的研究内容与技术路线

2 隧道围岩稳定性理论研究

2．1 围岩压力的分类

2．2 围岩压力的计算方法

2．2．1 单一洞室围岩压力计算

2．2．2 小净距隧道围岩压力分析

2．3 围岩稳定性判据

2．4 小结

3 东城1号隧道施工监控量测

3．1 工程简介

3．1．1 工程地质条件

3．1．2 水文地质条件

3．1．3 不良地质及特殊岩土

3．1．4 地震动参数及气象资料

3．1．5 隧道洞身工程地质评价

3．2 监控量测的目的

3．3 量测的内容与方法

3．4 监控量测的控制标准

3．5 量测数据回归分析原理

3．6 东城1号隧道施工监测方案

3．6．1 量测项目与测点布置

3．6．2 量测频率与时间

3．6．3 现场信息处理与反馈

3．6 小结

4 小净距隧道合理净距研究

4．1 小净距合理取值的判断依据

4．2 MIDAS／GTS软件简介

4．3 计算模型的建立

4．3．1 计算模型的基本假设

4．3．2 模拟单元的选用

4．3．3 参数选取

4．3．4 地应力场的模拟

4．3．5 模型范围及边界条件

4．3．6 计算模型本构关系的选取

4．3．7 计算工况

4．4 数值模拟结果分析

4．4．1 中间岩柱受力特性分析

4．4．2 中间岩柱位移特性分析

4．4．3 中间岩柱塑性应变分析

4．4．4 不同净距下锚杆受力特性分析

4．5 合理净距的确定

4．6 小结

5 小净距隧道施工方法研究

5．1 不同施工方法的计算模型

5．2 数值模拟结果分析

5．2．1 围岩应力分析

5．2．2 围岩塑性应变分析

5．2．3 喷射混凝土层应力分析

5．2．4 锚杆受力分析

5．2．5 围岩及隧道变形特性分析

5．3 方案对比分析

5．4 小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历

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