凤凰山隧道浅埋软弱围岩与支护结构的相互作用研究

摘要

浅埋隧道建设过程中,围岩—支护结构受力和变形特性是隧道能否保持稳定的关键,尤其是软弱围岩地段。围岩—支护结构的稳定性评价与隧道设计和施工密切相关,支护结构合理参数的选取,是隧道安全施工和运营的保证,所以有必要对浅埋隧道软弱围岩与支护结构的相互作用展开研究。
　　本文依托凤凰山隧道建设项目,通过施工现场实测资料,结合有限元数值模拟,对浅埋隧道软弱围岩及支护结构力学与变形特性展开研究。主要成果如下:
　　1.通过现场实测资料得出:(1)隧道围岩压力分布不均匀,仰拱底和拱脚处围岩压力较大。(2)初衬对二衬的压力以及二衬混凝土应力均较小,远小于C25初喷混凝土和C30二衬钢筋混凝土的轴心抗压、抗拉强度,隧道变形和受力小,支护结构安全。(3)隧道开挖过程中,随掌子面与测试断面距离增大,掌子面施工对测试断面处围岩扰动逐渐减小,当两者间距离大于15m,掌子面施工对测试断面处围岩扰动已很小,测试断面处围岩逐渐达到二次稳定。(4)围岩累计沉降量最大值出现在拱顶,两测试断面分别为25mm和30mm;收敛量最大值出现在起拱线附近,分别为11mm和12mm。
　　2.通过有限元数值计算得出:(1)隧道上覆岩体厚度从5m到20m变化时,隧道围岩应力增大,围岩变形减小;上覆岩体厚度从20m到60m变化时,围岩变形增大,得出上覆岩体厚度为20m是隧道能形成拱效应的界限厚度。(2)隧道上覆岩体偏压导致右侧围岩应力大于左侧,右侧拱腰处竖向变形大于拱顶,偏压隧道围岩竖向变形以偏压侧拱腰处竖向变形来控制。(3)隧道施工从上台阶开挖到二衬封闭,围岩应力逐渐减小,围岩变形和支护应力逐渐增大;隧道采用上下台阶法施工,支护结构受力均匀稳定,能有效抵抗围岩应力,确保了隧道施工和运营的安全。
　　论文研究成果为浅埋软弱围岩隧道的设计和施工提供了科学依据,具有重要的理论与工程实用价值。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 研究目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容和研究思路

第二章 凤凰山隧道工程环境和技术信息调查与分析

2.1 概述

2.2 凤凰山隧道工程概况

2.3 凤凰山隧道工程围岩类型

2.4 凤凰山隧道设计技术指标

2.5 小结

第三章 浅埋隧道软弱围岩与支护结构的相互作用现场试验

3.1 概述

3.2 现场试验方案

3.3 围岩力学特性研究

3.4 围岩变形特性研究

3.5 支护结构力学特性研究

3.6 小结

第四章 浅埋隧道软弱围岩与支护结构的相互作用数值计算

4.1 概述

4.2 力学模型

4.3 模型建立

4.4 分析内容与计算方案

4.5 计算成果与分析

4.6 数值计算与现场试验对比分析

4.7 小结

结论与建议

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢