穿越滑坡段隧道衬砌受力分析及变形控制技术研究

摘要

鉴于我国山区地形和地质条件的特殊性和复杂性，在这些地区修建公路或铁路时，不得不以隧道的形式穿过其中极有可能存在着滑坡等不良地质问题的地段，同时，已投入运营的穿山隧道也可能因边坡岩土体蠕滑等原因而演变成滑坡隧道。针对目前滑坡段隧道方面的研究现状，本文综合采用理论分析、数值模拟和现场实测等研究方法，在滑坡段隧道类型及变形破坏特征分析的基础上，对滑坡滑向与轴线正交条件下隧道衬砌受力及变形控制技术进行系统研究，取得了具有一定价值的研究成果，对类似工程的设计与施工具有一定的指导和借鉴意义，主要研究成果如下：
　　⑴根据隧道与滑坡的相对位置关系，总结出4类穿越滑坡段隧道地质力学模型，并分析了各力学模型中隧道在滑坡推力与围岩压力作用下的受力变形特征，给出了对应情况下隧道的受力简图及变形特点，并对各类模型中衬砌裂缝成因进行了分析；最后分析了地形偏压荷载作用下隧道围岩压力的确定方法以及变形特征，为进一步研究滑坡地段隧道的受力变形机理和该类工程问题的防治提供一定的参考。
　　⑵根据穿越滑坡段直墙拱形隧道衬砌与滑动面的位置关系，结合已有的滑坡相关理论，确定滑坡滑向与轴线正交条件下隧道衬砌上滑坡推力的分布形式和作用范围。基于结构力学方法，取半圆拱形隧道衬砌全拱结构作为研究对象，建立洞口段隧道衬砌结构力学模型，分析在滑坡体变形影响下隧道衬砌的受力状态，推导出了穿越滑坡段半圆拱形隧道衬砌内力的理论计算公式。
　　⑶基于滑坡段隧道的受力变形机理和推导出的滑坡滑向与轴线正交条件下隧道衬砌内力理论计算公式，结合工程实例，对不同受力状态下的隧道衬砌内力分布进行了分析，并采用ANSYS有限元软件验证了该计算公式的正确性。在此基础上，对坡体与衬砌两类参数影响下的衬砌内力分布情况进行了分析，得出各参数影响下衬砌内力分布规律，为该类隧道衬砌的优化设计及采取针对性的综合整治措施提供一定的理论依据。
　　⑷在对隧道和滑坡变形预加固技术及作用机理分析的基础上，结合唐家塬隧道进口段实际情况，采取综合整治措施，并通过现场监测，对该综合整治方案的效果进行了评价。监测结果表明，该方案能够确保隧道的后续施工安全高效进行，同时可有效降低隧道施工扰动对边坡稳定性产生的不利影响，而抗滑桩与隧道衬砌形成组合加固结构，能有效控制坡体的滑动，提高该类边坡的稳定性。

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1 绪 论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 存在的主要问题

1.4 主要研究内容及技术路线

2 受滑坡影响的隧道类型及变形破坏特征分析

2.1 滑坡成因分析

2.2 受滑坡影响的隧道分类

2.3 不同类型滑坡段隧道的变形特性分析

2.4 受滑坡影响的隧道地质力学模型及其受力分析

2.5 本章小结

3 穿越滑坡段隧道衬砌内力计算方法

3.1 隧道进口段深浅埋判定

3.2 隧道所受滑坡推力分析

3.3 滑坡推力作用下隧道衬砌受力模式

3.4 穿越滑坡段隧道衬砌内力分析

3.5 本章小结

4 穿越滑坡段隧道衬砌内力及其影响因素分析

4.1 工程实例分析

4.2 坡体参数对隧道衬砌内力的影响

4.3 衬砌参数对隧道衬砌内力的影响

4.4 数值模拟分析

4.5 本章小结

5 基于预加固的穿越滑坡段隧道变形控制技术及应用

5.1 隧道预加固技术及作用机理分析

5.2 滑坡预加固技术及作用机理分析

5.3 工程应用

5.4 本章小结

6 结论及展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录