浅埋偏压小净距隧道洞口段施工方法优化研究

摘要

本文以汶马高速鹧鸪山隧道为工程依托，通过板岩、千枚岩试样的扫描电镜—能谱分析试验，了解这两种岩石的化学元素成分和微结构特征;通过对现场监控量测数据进行处理分析，总结围岩变形规律;借助于有限差分软件FLAC3D，对设计单位给定的四种开挖工法（全断面法（适用于部分围岩较好段），台阶法，预留核心土法和中隔墙法）进行三维模拟，将围岩应力、变形和塑性区发展等作为优选指标，确定最合理施工工法;在此基础上，优化偏压小净距隧道施工工序。主要获得如下结论:
　　1、通过板岩、千枚岩试样的扫描电镜—能谱分析试验可以看出:千枚岩样品表面微裂隙较多，其矿物呈定向排列，板岩样品表面平整光滑，定向构造不明显。
　　2、现场监控量测反映的围岩变形规律
　　地表沉降:隧道纵轴方向上，开挖上弧形导坑对开挖面正上方岩土体造成的影响最大，当开挖面通过监测断面时，监测断面的地表沉降速率将达到一个峰值;横向上，地表沉降值左右对称与否，与地表起伏有关，当地表坡度平缓时，左右沉降较为对称，当地表坡度较大时，高处地面沉降较大，低处沉降较小。
　　拱顶沉降:在隧道洞口浅埋段，随着离洞口的距离增大（埋深逐渐增大），断面拱顶沉降量逐渐减小;随着开挖面的不断向前推进，开挖面岩体对围岩的约束作用逐渐减弱，洞周围岩拱顶沉降变形逐渐增大。
　　水平收敛:水平收敛值并不是随时间或者到掌子面距离单调递增的，断面有可能发生短暂外扩现象。
　　3、通过模拟四种施工方法开挖偏压单洞隧道，可以看出从控制位移终值角度讲，中隔墙法和全断面法相对其余两种工法具有一定优势。但就开挖后短时间内围岩位移、开挖面挤出位移和开挖面塑性区深度而言，全断面法都是极其不利的，而中隔墙法却表现了极大的优势。这说明全断面法虽然具有控制位移终值方面的优势，但其开挖作业本身的安全性是极差的。因此，综合考虑围岩变形和稳定性，中隔墙法是最优施工方法。当然，如果考虑到工程经济性，那么在保证施工安全的前提下，预留核心土法也是可行的。
　　4、通过偏压小净距隧道的工序优选计算，可以发现:无论是浅埋洞还是深埋洞，先开挖比后开挖其竖向位移要小，因而在施工中，如果想控制深埋洞围岩位移，那就应该先开挖深埋洞;单就开挖一个洞而言，先开挖浅埋侧岩体造成的拱顶沉降比先开挖深埋侧岩体要小，因而在施工中，如果想控制深埋洞围岩位移，那就应该采用先内后外（先开挖紧挨着中夹岩的内侧岩土体，再开挖外侧岩土体;先外后内与此相反）的工序施工;当采用先浅后深，先外后内工序开挖时，中夹岩上部负向水平位移（指向浅埋侧）最大，中夹岩下部正向水平位移（指向深埋侧）也是最大的，中夹岩柱向浅埋侧倾覆的趋势相对其他三种工序是最明显的;采用先浅后深的工序时中夹岩塑性区未贯通，采用先深后浅工序则贯通;从中夹岩塑性区面积大小来说，采用先内后外工序比采用先外后内要小。考虑到中夹岩稳定是小净距隧道设计施工的关键，那么合理的工序应该是先浅后深，先内后外。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究现状

1．2．1 双洞隧道施工顺序

1．2．2 偏压隧道

1．2．3 小净距隧道与中夹岩

1．3 工程概况

1．3．1 地形地貌

1．3．2 地层岩性

1．3．3 地质构造

1．3．4 地震

1．4 隧道设计

1．4．1 隧道内轮廓

1．4．2 开挖支护设计

1．5 主要研究内容

第2章 围岩工程特性研究

2．1 扫描电镜—能谱分析的原理

2．2 样品采集及制备

2．3 试验结果及分析

第3章 隧道现场监控量测

3．1 监控量测的内容

3．2 数据处理与分析

3．2．1 地表沉降

3．2．2 拱顶沉降分析

3．2．3 水平收敛分析

3．3 小结

第4章 偏压隧道施工方法优选

4．1 四种工法介绍

4．1．1 全断面法

4．1．2 台阶法

4．1．3 环形开挖预留核心土法

4．1．4 中隔墙法

4．2 模型建立与开挖方案

4．2．1 基本假设

4．2．2 模型尺寸

4．2．3 材料参数选取

4．2．4 开挖方案介绍

4．3 计算结果分析

4．3．1 围岩应力

4．3．2 围岩位移

4．3．3 掌子面挤出位移

4．3．4 围岩塑性区

4．3．5 掌子面围岩塑性区

4．4 小结

第5章 偏压小净距隧道施工顺序研究

5．1 模型建立

5．1．1 模型尺寸

5．1．2 开挖方案设计

5．2 计算结果比较

5．2．1 围岩位移

5．2．2 中夹岩特征点位移

5．2．3 围岩塑性区

5．3 小结

第6章 结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果