郑万铁路许良隧道围岩稳定性分析与初支优化研究

摘要

当前,评价浅埋隧道围岩稳定性的方法往往比较单一,得到的评价结果难免会以偏概全,这在很多时候会造成难以估量的经济损失。本文以郑万高铁许良隧道为依托,综合采用有限元极限状态分析法、约束特征曲线法来评价许良隧道的安全性,同时,结合现场实测数据对其进行了验证。以此为基础,对许良隧道现有支护方案进行了优化,提出了切实可行的意见和建议,另外,对工程实践中常见的锚杆两种锚固方式的锚固效果进行了对比试验,主要包含以下几个方面的研究成果:
　　(1)许良隧道进口段85m和出口段320m范围内,围岩稳定性差,隧道边墙处存在剪切滑移破坏的风险,在施工过程中应做好防范和应急措施,避免人员伤亡。
　　(2)许良隧道采用的锚杆+喷射混凝土+型钢钢架组合支护方式整体刚度偏大,建议采取柔性支护方式进行支护;
　　(3)现场实测数据表明,在当前设计支护方式下,隧道拱顶沉降和净空收敛趋于稳定,最终位移值在规范要求的范围之内;初期支护受力经过检算,小于支护结构的极限强度;
　　(4)在原设计支护方式基础上,取消型钢钢架后,隧道净空位移增大约9.0％,喷射混凝土轴力增长约3.3％,弯矩增长约22.9％,锚杆受力增长约11.6％,取消前后影响不大且受力和位移均在可控范围之内,表明在保证锚杆施做质量的前提下取消钢架不会影响到许良隧道的安全。
　　(5)在现有施工工艺的前提下,全长砂浆对锚杆的锚固效果要优于水泥基药卷,建议类似工程锚杆施工中采用砂浆进行全长粘结锚固。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．2 研究现状

1．2．1 围岩稳定性研究现状

1．2．2 初期支护研究现状

1．3 本文的主要研究内容及技术路线

第二章 论文依托工程背景

2．1 工程概况

2．2 工程地质特征

2．2．1 地层岩性

2．2．2 地质构造

2．2．3 不良地质

2．3 水文地质特性

2．3．1 地下水类型及富水性

2．3．2 地下水补给、径流、排泄的关系

2．3．3 水的侵蚀性

2．4 隧道特征

2．4．1 纵断面地质图

2．4．2 围岩级别信息

2．4．3 施工工法

2．4．4 支护类型

第三章 围岩稳定性分析

3．1 隧道有限元极限状态分析法

3．1．1 强度折减法

3．1．2 有限元容重增加法

3．1．3 综合法

3．1．4 隧道失稳的判据

3．2 施做初支后洞室安全系数求解法

3．2．1 强度折减法

3．2．2 约束收敛曲线法

3．3 郑万铁路许良隧道稳定性评价

3．3．1 毛洞安全系数计算结果

3．3．2 施做初支后安全系数计算结果

3．3．3 许良隧道安全分区求解

第四章 初支-围岩压力分析

4．1 围岩特征曲线

4．1．1 应力释放率法

4．1．2 峰后围岩特征曲线求解

4．2 支护特征曲线求解

4．3 许良隧道特征曲线求解

第五章 许良隧道现场量测与验证性试验

5．1 监测概况

5．1．1 监测项目及测点布置

5．2．2 量测频率

5．2 隧道稳定性验证

5．3 初支稳定性验证

第六章 初支优化研究

6．1 理论分析

6．2 基于现场量测的优化分析

6．2．1 喷射混凝土的时间效应

6．2．2 实体单元衬砌弯矩轴力计算方法

6．2．3 数值计算结果与分析

6．2．4 结论与建议

6．3 水泥基药卷与全长砂浆锚杆锚固效果对比试验

6．3．1 试验概况

6．3．2 砂浆锚杆施工工艺

6．3．3 现场测试结果及分析

6．3．4 两种锚固方式下锚杆的拉拔试验

6．3．5 结论与建议

结论与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果