高速公路小净距隧道洞口段施工数值模拟及监控量测技术研究

摘要

高速公路小净距隧道洞口段的地层较薄，多属于强风化带，围岩一般比较破碎，而且通常夹有土层，那么对于这种不利于土体成拱的条件下，怎样合理利用好各种施工方法，提高工作效率，同时对岩层的破坏机理研究，各种施工方法对围岩影响的研究，这些工作是目前急需解决的问题。但取得准确的地质、围岩参数和设计荷载参数等数据极其困难，在相当长的历史时期内，隧道工程设计都是以经验判断为主。 本文以小净距隧道洞口段施工进行的监控量测设计及实施为基础，获取施工过程中的现场量测信息；根据这些量测信息，依照各种经验或理论建立的准则进行围岩动态和隧道围岩一支护体系的稳定性判断，确认(调整)合理的支护时机和支护参数。利用有二维有限元模型，进行施工过程模拟计算，分析洞口段小净距隧道在不同埋深、不同净距下对隧道围岩稳定性的影响及比较不同的施工法进洞的优缺点；利用三维有限元模型模拟现场量测隧道随施工步的围岩应力、支护受力和地表沉降的变化特征。 本文主要包括以下研究内容： (1) 通过调查研究和数值模拟，确定高速公路小净距隧道洞口段的合理支护方法和开挖方法。 (2) 根据依托工程的现场量测信息，对隧道围岩—支护系统的稳定性进行分析和判断。 (3) 通过平面有限元数值模拟，对小净距隧道围岩的受力特征及稳定性进行分析，判定小净距隧道施工的相互影响，并通过对中间岩柱塑性区的分析，判定中间岩柱预加固的条件。 (4) 根据现场具体地形条件和地质条件，通过三维有限元数值模拟，对小净距隧道洞口段施工过程中的围岩应力、洞周位移、支护受力和地表沉降进行分析，判定现场施工的安全性和合理性。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1问题的提出

1.2国内外研究现状

1.3本文主要的研究方法和研究内容

1.3.1研究方法

1.3.2研究内容

1.4依托工程概况

1.4.1工程概况

1.4.2工程地质与水文地质

第2章高速公路小净距隧道洞口段施工

2.1洞口段工程特点

2.2洞口段主要支护方法机理

2.2.1浅埋的破坏机理

2.2.2锚喷网联合作用机理

2.2.3钢支撑作用机理

2.2.4注浆导管作用机理

2.2.5管棚作用机理

2.3洞口段地表预加固措施

2.4洞口段开挖方法

2.4.1正向施工法

2.4.2反向施工法

2.4.3各级围岩下开挖方法的选取

2.5本章小结

第3章现场监控量测及信息处理

3.1监控量测机理

3.1.1量测目的及意义

3.1.2量测项目

3.1.3洞口段小净距隧道量测技术的特点

3.1.4量测数据分析原理

3.1.5围岩稳定性的判据

3.2现场信息处理及反馈

3.2.1洞内观察

3.2.2地表沉降

3.2.3拱顶下沉和净空收敛

3.2.4初期支护与围岩间压力

3.2.5钢拱架内力量测

3.2.6锚杆轴力量测

3.3本章小结

第4章平面有限元数值模拟

4.1问题的提出

4.2建模考虑

4.2.1围岩的力学模型

4.2.2地应力场的模拟

4.2.3边界条件的确定

4.2.4释放荷载的计算

4.2.5计算本构关系的选择

4.3计算模型

4.3.1模拟单元的选择

4.3.2模型参数的确定

4.3.3开挖模拟

4.4数值模拟结果分析

4.4.1洞口段净距影响分析

4.4.2洞口段中间岩柱预加固条件分析

4.4.3洞口段开挖方法比较分析

4.5本章小节

第五章洞口段三维数值模拟

5.1问题的提出

5.2三维计算模型

5.2.1模型的建立

5.2.2开挖模拟

5.3数值模拟结果分析

5.3.1围岩应力

5.3.2研究面围岩应力

5.3.3地表沉降

5.3.4拱顶位移

5.3.5围岩位移

5.3.6超前支护受力

5.3.7初期支护受力

5.3.8计算结果与现场测试结果的比较

5.4本章小节

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及所参加科研项目