软岩公路隧道施工期围岩变形与支护受力特征分析

摘要

在软岩环境中修建隧道，围岩的变形控制是非常重要的方面。深入研究软岩的力学特性及变形特征，选取可靠有效的支护体系，是施工安全与经济合理的重要保障。本文以在建的穿越软岩地区的甘孜州巴白路欧帕拉隧道为依托工程，在充分了解现场工程地质条件的基础上，以现场监控量测手段为核心，以室内数值模拟手段为辅助，深入研究了隧道施工期围岩变形与支护受力特征及其变化规律，分析其影响因素，并评价其支护体系的有效性和合理性。获得的主要成果如下:
　　(1)监控量测方案设计。根据现场实际地质情况，结合设计参数和施工方法，再依据相关规范的要求，制定了针对性的监控量测方案，包括:监控量测项目选取、监测仪器选型及测点布置方案等内容。
　　(2)基于拱顶下沉、围岩周边位移、围岩内部位移和围岩松动圈测试监测成果，分析得出施工期围岩的变形特征及其变化规律。隧道下部围岩变形最大，变形主要发生在0-3.5m深度范围内。围岩变形可以大致分为三个阶段:①隧道掘进应力释放阶段;②仰拱施工变形调整阶段;③围岩变形稳定阶段，变形主要发生在前两个阶段。
　　(3)基于围岩与初支压力、锚杆轴力和钢支撑内力监测成果，分析得出施工期围岩-支护受力特征及其变化规律。隧道围岩压力大致可分为两类:变形压力与流变压力，变形压力是本隧道围岩压力的主要部分。锚杆可有效约束围岩变形发展，锚杆受力的变化发展与施工进度具有很好的相关性。钢拱架受力以压应力为主，拱顶至拱肩范围内受压应力均较大，在支护体系中具有骨架作用，并可迅速发挥支护作用。总的来说，隧道的支护体系是有效的和合理的，但优化空间不大。
　　(4)基于数值模拟计算成果，总结了隧道整个开挖施工过程中围岩变形与支护受力特征规律。隧道围岩最大主应力基本呈左右对称分布，在拱顶形成了明显的低应力区，而在拱肩及边墙处形成了明显应力集中区。隧道围岩位移场也基本上呈左右对称分布，且位移随着开挖进尺的增加而逐渐增大，位移最明显的部位是拱顶和边墙。所有锚杆所受轴力均为拉力，初始开挖时锚杆受力变化明显，然后随开挖进尺的增加，锚杆轴力最大值逐渐趋于稳定。

目录

声明

摘要

第1章 前言

1．1 选题依据及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 软岩的力学特性研究

1．2．2 隧道的现场监控量测技术研究

1．2．3 隧道围岩与支护结构相互作用理论研究

1．3 研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究思路及技术路线

第2章 工程地质环境条件

2．1 自然地理概况

2．1．1 地理位置及交通

2．1．2 气象、水文

2．2 区域地质环境

2．2．1 区域地质构造

2．2．2 新构造运动

2．2．3 地震

2．3 工程地质条件

2．3．1 地形地貌

2．3．2 地质构造

2．3．3 地层岩性

2．3．4 水文地质条件

2．3．5 岩土体物理力学性质

2．3．6 不良地质现象

2．4 欧帕拉隧道工程地质评价

2．4．1 区域稳定性

2．4．2 地层岩性

2．4．3 工程岩体结构特征

2．4．4 初始地应力场及其评价

2．4．5 洞室围岩级别的划分及稳定性评价

第3章 监控量测方案设计

3．1 试验段地质情况及围岩等级的划分

3．2 试验段支护参数

3．3 试验段施工方法

3．4 监控量测项目选取

3．5 监测仪器选型及测点布置方案

3．5．1 围岩周边位移量测

3．5．2 拱顶下沉量测

3．5．3 锚杆轴力量测

3．5．4 围岩内部位移量测

3．5．5 围岩与初支压力量测

3．5．6 钢支撑内力量测

3．5．7 围岩松动圈观测(声波测试)

第4章 围岩变形特征

4．1 围岩周边位移

4．1．1 S0+002围岩周边位移监测成果分析

4．1．2 S0+013围岩周边位移监测成果分析

4．1．3 S0+025围岩周边位移监测成果分析

4．2 拱顶下沉

4．2．1 S0+002拱顶下沉监测成果分析

4．2．2 S0+013拱顶下沉监测成果分析

4．3 围岩内部位移

4．3．1 S0+002围岩内部位移监测成果分析

4．3．2 S0+013围岩内部位移监测成果分析

4．3．3 S0+025围岩内部位移监测成果分析

4．4 声波测试

4．4．1 S0+002声波测试成果分析

4．4．2 S0+013声波测试成果分析

4．5 围岩变形特征及影响因素分析

4．5．1 围岩周边位移特征与影响因素分析

4．5．2 围岩内部位移特征与影响因素分析

4．6 围岩稳定性评价及二次衬砌施作时机分析

第5章 围岩-支护受力特征

5．1 围岩与初支压力

5．1．1 S0+002围岩与初支压力监测成果分析

5．1．2 S0+007围岩与初支压力监测成果分析

5．1．3 S0+013围岩与初支压力监测成果分析

5．1．4 S0+019围岩与初支压力监测成果分析

5．1．5 S0+025围岩与初支压力监测成果分析

5．1．6 S0+029围岩与初支压力监测成果分析

5．2 锚杆轴力

5．2．1 S0+002锚杆轴力监测成果分析

5．2．2 S0+009锚杆轴力监测成果分析

5．2．3 S0+013锚杆轴力监测成果分析

5．2．4 S0+018锚杆轴力监测成果分析

5．2．5 S0+025锚杆轴力监测成果分析

5．3 钢支撑内力

5．3．1 S0+003钢支撑内力监测成果分析

5．3．2 S0+007．5钢支撑内力监测成果分析

5．3．3 S0+012钢支撑内力监测成果分析

5．3．4 S0+016．5钢支撑内力监测成果分析

5．3．5 S0+021钢支撑内力监测成果分析

5．3．6 S0+025．5钢支撑内力监测成果分析

5．3．7 S0+030钢支撑内力监测成果分析

5．4 围岩-支护相互作用分析

5．4．1 围岩位移与锚杆应力的关系

5．4．2 围岩变形与围岩压力的关联分析

第6章 隧道试验段开挖过程数值模拟研究

6．1 计算模型及参数

6．1．1 计算范围和单元划分

6．1．2 边界条件和参数选取

6．1．3 施工步序

6．2 围岩变形与支护受力特征

6．2．1 围岩应力场分析

6．2．2 围岩位移场分析

6．2．3 锚杆内力分析

结论及建议

致谢

参考文献