连拱隧道浅埋段边坡与围岩相互作用机理及稳定性研究——以汤屯高速公路富溪隧道为例

摘要

双连拱隧道是一种新的隧道形式，其在协调平面线型、选择洞口位置等方面具有较大的自由度，且对地形适应性强，近年来得到了越来越广泛的应用。然而，双连拱隧道整体跨度大、结构复杂、施工工序繁琐，在地形偏压、地质条件复杂的情况下修建双连拱隧道难度较高，尤其在洞口段容易出现衬砌开裂、边坡变形等一系列工程问题。本文结合富溪隧道进口段工程项目，采用地质条件研究与数值模拟分析相结合的研究手段，对复杂地质条件下偏压双连拱隧道在施工过程中应力应变变化过程进行了全面系统的研究，并在此基础上分析了隧道围岩-边坡体系变形破坏模式和稳定性。其外，合理开挖顺序作为偏压双连拱隧道设计施工的关键技术问题，文中对此做了专门研究。研究内容和取得的主要成果如下： (1)通过调查边坡结构面发育情况，较全面的研究了隧道进口段岩体结构特征，其中包括结构面工程地质特性、空间展布特征、交切关系。结果表明，F<,5>断层是影响富溪隧道进口段围岩、边坡稳定性的控制性结构面，进口段因处于F<,5>断层影响带内，岩体质量较差，呈碎裂结构，地基承载力较低。 (2)根据隧道、边坡变形破坏现象，结合边坡岩体结构特征，进行变形破坏的机制和模式分析。结果表明，隧道变形受地基承载力较低和地形偏压影响，表现不均匀沉降变形和侧向变形；边坡变形受隧道围岩变形诱导，表现为蠕滑-拉裂变形破坏模式。 (3)运用FLAC3D程序对隧道进口段的施工全过程进行三维弹塑性数值模拟分析，得到了复杂地质条件下偏压连拱隧道施工时衬砌、围岩、边坡应力重分布过程和变形过程，从而对隧道和边坡变形机理、规律及变形模式建立较为系统的理性认识，在此基础上，对隧道围岩一边坡体系稳定性作出综合评价。 (4)结合边坡岩体结构特征和变形破坏模式，研究得出隧道围岩变形是诱导边坡变形的关键因素，变形治理以控制进口段隧道拱顶的变形为主，应及时施做二次衬砌、仰拱，并延长明洞、回填反压。 (5)运用FLAC3D程序对偏压连拱隧道导洞、主洞不同开挖顺序进行比较分析，综合得出，先开挖左侧导洞的导洞开挖顺序和先开挖右侧主洞的主洞开挖顺序是合理的。以上研究对提高碎裂岩体偏压双连拱隧道建设的技术水平有较大推动作用，类似工程修建有较好的指导意义。

目录

文摘

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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隧道围岩-边坡相互作用体系岩体稳定性研究现状

1.2.2偏压连拱隧道施工顺序研究现状

1.3研究内容与技术路线

第2章隧址区工程地质条件及岩体结构特征研究

2.1隧址区工程地质条件

2.1.1气象水文

2.1.2地形地貌

2.1.3地层岩性

2.1.4地质构造

2.1.5风化特征

2.1.6水文地质条件

2.1.7地震条件

2.2隧道进口段岩体结构特征研究

2.2.1结构面工程地质特性研究

2.2.2岩体结构类型

2.3岩体物理力学参数取值

第3章隧道围岩-边坡相互作用机理及变形方式研究

3.1碎裂岩体偏压隧道围岩-边坡相互作用机理分析

3.1.1初始应力条件

3.1.2隧道开挖后应力重分布及变形协调

3.2隧道围岩-边坡体系概念模型建立

3.2.1隧道变形破坏机制分析

3.2.2边坡变形破坏机制分析

3.2.3隧道围岩-边坡相互作用及岩体变形破坏概念模型分析

第4章隧道进口段围岩-边坡体系稳定性分析

4.1数值模拟模型的建立

4.1.1地质概化模型

4.1.2隧道开挖步骤及衬砌方式

4.1.3追踪点设置

4.2数值模拟结果与分析

4.2.1天然状态应力场分析

4.2.2隧道开挖后应力应变结果分析

4.3隧道进口段围岩-边坡体系稳定性分析

第5章治理措施及效果分析

5.1治理措施

5.2治理效果分析

第6章偏压隧道施工顺序动态数值模拟研究及变形破坏过程控制

6.1侧导洞合理开挖顺序研究

6.1.1应力分布比较分析

6.1.2位移分布比较分析

6.1.3侧导洞合理开挖顺序

6.2隧道主洞合理开挖顺序研究

6.2.1应力分布比较

6.2.2位移分布比较

6.2.3主洞合理开挖顺序

6.3本章小节

结论

致谢

参考文献