铁路隧道施工初期支护参数优化研究

摘要

山西中南部铁路通道是我国第一条设计轴重30T新建重载铁路，本文以中南部铁路通道西铁车2号隧道施工为背景，对隧道支护参数进行了研究。论文首先在对实际监测数据分析的基础上，利用位移等级管理评估既有支护参数，并利用监测数据对有限元计算参数进行优化;其次，通过用有限元的计算分析对未开挖段围岩的变形趋势进行预测，评估当前支护参数的合理性，结合超前地质预报，对支护方案优化提出合理化建议。通过现场监测数据分析与有限元模拟得到如下结论:
　　(1)位移等级管理在西铁车2号隧道施工中应用具有可行性，可通过位移等级管理进行隧道施工安全管理，评估支护效果，指导施工。
　　(2)有限元模拟数据与实际监控量测存在偏差，但结果可靠，可以通过数值分析对未开挖隧道变形情况进行预测。
　　(3)根据有限元模拟数值分析预测，西铁车2号隧道DK1079+280～DK1079+200段设计支护参数较弱，需重新进行设计以满足初期支护强度的要求。
　　(4)新奥法隧道施工中支护参数的强弱直接影响隧道开挖后的变形，初期支护对控制围岩变形有重要作用，合理的支护参数可以控制围岩的变形，确保结构安全。通过模拟分析，发现西铁车2号隧道在中等～弱风化灰岩为主地质条件下，采用I16型钢，间距1.2m，锚杆长度3.0m，环纵间距均1.2m，拱墙喷射混凝土厚度18cm，仰拱喷射混凝土厚度10cm的初期支护参数，可以有效控制围岩变形，位移可实现Ⅱ级管理，在打设超前小导管的超前支护下，可正常进行作业，经济效益好，无支护材料浪费。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 新奥法施工的发展

1．3 新奥法施工存在的突出问题

1．4 本文研究意义及国内外研究现状

1．4．1 锚固支护系统国内外研究现状

1．4．2 喷射混凝土支护系统国内外研究现状

1．5 本文主要研究内容

1．6 拟采取的技术方法及可行性

1．7 本章小结

第2章 依托工程概况

2．1 工程概况

2．2 工程地质和水文地质特征

2．2．1 地层岩性

2．2．2 地质构造

2．3 不良地质及特殊岩石问题

2．4 地震烈度及气象资料

2．4．1 地震烈度

2．4．2 气象资料

2．5 西铁车2号隧道施工中存在的安全风险

2．6 本章小结

第3章 西铁车2号隧道围岩监控量测及分析

3．1 概况

3．2 围岩监控对象及支护参数

3．3 支护参数合理性

3．3．1 地质情况描述

3．3．2 围岩监控量测极限变形

3．3．3 监控量测数据

3．3．4 位移控制基准

3．3．5 位移管理等级

3．3．6 初期支护参数评估

3．4 本章小结

第4章 西铁车2号隧道施工过程数值模拟分析

4．1 有限元原理

4．1．1 有限元简介

4．1．2 求解原理

4．2 岩体工程弹塑性

4．2．1 本构方程表达式

4．2．2 非线性本构方程求解

4．2．3 土体常用的本构方程与假设

4．3 有限元数值模拟

4．3．1 有限元软件简介

4．3．2 工程地质情况

4．3．3 计算参数选取

4．3．4 模型信息及模拟方法

4．4 数值模拟数据结果处理

4．4．1 选取断面

4．4．2 数值分析与围岩监控量测的评价

4．5 本章小结

第5章 基于数值计算与监测结果的隧道初期支护优化研究

5．1 工程背景

5．2 各等级围岩及支护参数

5．3 数值模拟结果分析

5．3．1 计算参数

5．3．2 模拟工况

5．3．3 工况1模拟断面位移管理等级分析

5．3．4 工况2模拟断面位移管理等级分析

5．3．5 工况3模拟断面位移管理等级分析

5．4 优化支护参数

5．4．1 支护体系的优化

5．4．2 喷射混凝土厚度优化

4．4．3 锚杆长度优化

5．4．4 钢架间距优化

5．5 超前地质预报

5．5．1 探测仪器

5．5．2 探测原理

5．5．3 探测方法

5．5．4 测线布置

5．5．5 数据处理

5．5．6 探测结果

5．5．7 探测结论

5．5．8 超前地质建议

5．6 综合评估及设计变更

5．6．1 综合评估

5．6．2 设计变更

5．7 变更后监控量测数据分析

5．7．1 变形累计曲线

4．7．2 位移控制基准

5．7．3 位移管理等级

4．7．4 初期支护参数评估

5．8 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果