高地应力条件下软岩隧道掌子面挤出效应研究

摘要

随着经济的发展，人口的不断加速增长及城市规模的发展，人类的生存环境持续发生改变，资源利用过度，呈缺乏之势，城市人口增多，人均生存空间减少，交通拥堵，生态失衡和环境恶化等问题对世界经济人文的发展影响越来越恶劣。为此，世界各国政府为了促进社会和经济的发展，解决城市拥挤的问题，逐步开始将城市建设向地下发展，规划建设了一大批地下工程。自新中国成立以来，我国隧道建设已经取得了骄人的成绩，令世界瞩目。
　　新意法是意大利著名学者Pietro Lunardi先生历经多年的探索与实践并在前人理论基础上创立的，又称为岩土控制变形分析法。该工法针对隧道变形反应的真正起因，提出了一整套理论分析方法和实际工程措施。特别是在软弱破碎地质条件下，通过采取预约束和约束措施加固掌子面一超前核心土和隧道围岩，能够实现全断面掘进施工，具有安全、高效、控制工期和费用的优势。
　　本文以兰新高铁第二双线大梁隧道为工程背景，针对高地应力条件下软岩隧道施工过程中存在的掌子面挤出问题，主要完成以下几个方面问题的研究:
　　1.掌子面挤出做为软岩大变形的主要表现形式之一，要研究掌子面挤出发生的机理首先要明确软岩大变形的发生机理，本文从软岩的定义、软岩大变形的特性及大变形的机理三方面阐述掌子面挤出发生的机理;同时，为了在施工过程中及时有效的预报掌子面是否发生失稳现象，本文提出了简单易用的掌子面挤出预测方法，为现场施工人员及时发现掌子面失稳并采取控制措施提供方法。
　　2.本论文在第二章部分提出了控制掌子面挤出变形的施工技术，并结合在大梁隧道做得现场试验，通过对比试验结果，比较分析了部分掌子面支护技术对掌子面挤出控制效果，得出了控制掌子面挤出的有效方法;同时，本章内容还提出了掌子面挤出变形的监控量测方法，得到了挤出变形值与掌子面围岩破坏状况之间的关系，为指导施工提供依据。
　　3.最后，本论文利用大型通用有限差分软件FLAC3D对大梁隧道采用的几种施工工法引起的掌子面挤出变形进行数值模拟，通过对比分析不同施工工法条件下，大梁隧道掌子面的挤出位移值，得出可以有效控制掌子面挤出的施工工法，为挤出性围岩隧道的施工提供依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 高地应力条件下软弱围岩失稳的研究现状

1．2．2 掌子面稳定性的研究现状

1．2．3 挤出变形的研究现状

1．3 本文研究的主要目标与内容

1．3．1 本文研究主要目标

1．3．2 本文研究主要内容

第二章 掌子面挤出效应的机理与预测

2．1 高地应力软岩隧道掌子面挤出的机理

2．1．1 高地应力软岩挤出大变形的特性

2．1．2 挤压性软弱围岩发生大变形的机理

2．1．3 高地应力软岩隧道掌子面挤出变形的机理

2．2 高地应力软岩隧道掌子面挤出的预测

2．2．1 隧道掌子面稳定性的评价指标

2．2．2 大梁隧道掌子面挤出的预测

2．3 本章小结

第三章 掌子面挤出变形的控制方法及监测方案

3．1 挤压性软岩隧道开挖方式

3．2 隧道掌子面挤出变形的支护措施

3．2．1 超前支护

3．2．2 喷锚支护

3．3 隧道掌子面挤出变形的监测方案

3．3．1 大梁隧道掌子面监测方案

3．3．2 大梁隧道掌子面挤出检测结果对比分析

3．4 本章小结

第四章 大梁隧道掌子面挤出控制技术数值分析

4．1 大梁隧道工程概况

4．1．1 大梁隧道工程地质特征

4．1．2 大梁隧道支护参数

4．2 FLAC3D基本原理

4．2．1 基本原理

4．2．2 FLAC3D求解流程

4．3 掌子面挤出位移控制技术的数值模拟

4．3．1 三台阶法数值模拟

4．3．2 预留核心土法数值模拟

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

主要研究结论

研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文及科研成果