超小净距隧道土质中隔岩柱注浆加固作用机理及稳定性分析

摘要

随着我国城市交通工程的蓬勃发展，受限于城市交通建设中的建设空间问题，在很多实际工程中，为充分利用城市空间，城市公路隧道建设被广泛采用。在进行城市地下隧道的建设过程中，由于受地上建筑、管线及道路走向的影响，需要将隧道设计为小净距隧道型式，为隧道设计及施工增加了不少难度，通过合理的施工方法以及有效的加固措施能够极大程度上保证小净距隧道围岩尤其是中隔岩柱的稳定。
　　本文依托顺河高架南延二期工程玉函路小净距隧道工程，通过理论分析、室内物理试验、数值模拟以及现场试验等研究手段，对小净距隧道土质中隔岩柱注浆加固机理进行了研究，提出了注浆加固对土质中隔岩柱稳定性提升的作用机制，并对各埋深、净距条件下小净距隧道临界破坏状态进行分析，得出注浆加固对小净距隧道中隔岩柱稳定性提升的主控因素。
　　结合浅埋小净距隧道受力分析计算模型，并运用中隔岩柱破裂面夹角公式，对小净距隧道中隔岩柱注浆加固改善机制及其稳定性进行了分析:通过对中隔岩柱进行注浆加固，提升中隔岩柱区域围岩参数，最终使相互影响破碎区变小乃至消失，从而提升隧道中隔岩柱及围岩整体稳定性。其中，尤其以粘聚力c对中隔岩柱稳定性影响最大。
　　通过进行重塑土压实与注浆加固试验及室内物理试验，通过设置缩放物理试验，研究小净距隧道洞室开挖过程中中隔岩柱及隧道围岩受力、变形特征，并分析注浆加固前后洞周围岩应力、位移变化规律，揭示土质中隔岩柱注浆加固对小净距隧道中隔岩柱稳定性改善机制。
　　运用数值模拟的研究方法，分析中隔岩柱注浆加固前后围岩受力及变形规律，揭示了土质中隔岩柱注浆加固对隧道围岩受力及变形的作用规律。并通过单因素分析方法，研究小净距隧道土质中隔岩柱及围岩稳定性影响因素:隧道净距、埋深，并分析不同影响因素影响下小净距隧道受力、变形规律。
　　结合玉函路小净距隧道工程进行现场试验，结合理论分析不同净距条件下临界粘聚力c，并对工程不同治理段进行划分。针对不同治理段，提出不同加固处治措施。对隧道开挖过程中拱顶沉降、水平收敛及地表沉降变化规律进行分析，并与数值计算及室内物理试验进行对比，揭示中隔岩柱注浆加固实际作用效果，所得理论分析在工程实践中得到应用。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究存在的问题

1．4 主要研究内容

第2章 小净距隧道受力特征及注浆加固作用机理

2．1 概述

2．1．1 小净距隧道的划分

2．1．2 小净距隧道的基本特点

2．2 小净距隧道围岩基本受力和变形特征

2．2．1 未支护状态下隧道围岩变形特征和受力特性

2．2．2 隧道支护后围岩变形特征和受力特性

2．3 隧道围岩及中隔岩柱受力模式及稳定性判据

2．3．1 围岩破坏模式

2．3．2 围岩稳定性判定依据

2．3．3 隧道中隔岩柱受力模式及稳定性判据

2．4．1 普氏围岩压力与隧道设计规范理论

2．4．2 浅埋小净距隧道围岩压力分析

2．4．3 玉函路隧道中隔岩柱稳定性分析

2．5 小结

第3章 小净距隧道中隔岩柱加固机理试验研究

3．1 玉函路隧道中隔岩柱土体注浆加固机理试验研究

3．1．1 原状土物理力学性能测试

3．1．2 重塑土压实性能试验研究

3．1．3 重塑土体注浆加固后物理力学参数测定

3．2 中隔岩柱稳定性试验研究

3．2．1 试验设备

3．2．2 试验设计

3．2．3 试验数据量测

3．2．4 试验具体流程

3．3 中隔岩柱稳定性试验结果分析

3．3．1 地表位移分析

3．3．2 拱顶位移及水平收敛位移分析

3．4 小结

第4章 小净距隧道中隔岩柱注浆加固及围岩稳定性模拟

4．1 有限元模型的建立

4．1．1 模型构建

4．1．2 模型参数的选择

4．1．3 计算力学模型的选取

4．1．4 边界条件的选定

4．2．1 计算模型及工况

4．2．2 计算结果分析

4．3 小净距隧道围岩及中隔岩柱稳定性影响因素分析

4．3．1 不同工况下隧道拱顶沉降分析

4．3．2 不同工况下隧道水平收敛分析

4．3．3 不同工况下隧道围岩及中隔岩柱受力特点及塑性区分析

4．4 小结

第5章 玉函路隧道中隔岩柱注浆加固治理工程应用

5．1 工程概况

5．1．1 地形地貌

5．1．2 水文地质与地震概况

5．1．3 岩土层及其物理性质

5．1．4 围岩分级

5．2 玉函路小净距隧道中隔岩柱注浆加固整体治理思路

5．3．1 注浆加固方案

5．3．2 注浆效果检查

5．4 隧道开挖过程中围岩变形

5．4．1 监控量测的意义

5．4．2 监测目的

5．4．3 监测项目

5．4．4 测点布设

5．5 监控量测结果分析

5．5．1 地表位移

5．5．2 拱顶沉降及水平收敛

5．5．3 隧道监测数据与数值结果对比分析

5．6 小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢