复杂地质条件小净距短隧道现场监测分析及数值模拟研究

摘要

小净距隧道以其良好的防渗性、造价相对较低、两隧道施工相对独立及工艺相对简单等优点,成为了近年来在山区特殊地质及地形条件下修建公路的主要隧道结构形式之一。而在复杂地质地形条件下,小净距隧道是一种较新型的隧道形式。本文以三明市永宁高速公路A8、A9标段的曾家顶和雷公浦两座小净距短隧道为依托,针对不同地质岩层和不同的地形条件下,对隧道施工过程中进行监控量测,对获取的现场量测信息进行分析判断;并选取了有代表性的断面,利用PLAXIS进行有限元数值模拟,采用分步施工模拟计算,并对模拟结果进行分析。
　　 本文主要包括以下研究工作:
　　 (1)对曾家顶和雷公浦两座复杂地质地形条件下的小净距短隧道进行现场监控量测,监测主要项目包括:洞内外围岩观察、地表沉降、拱顶下沉、周边收敛、中间岩柱位移、锚杆轴力、围岩压力和钢拱架应力等等,并将获得的监测数据进行整理和分析。
　　 (2)根据量测资料,分析围岩的变化规律和相邻左右洞开挖中相互间的影响,为仰拱和二衬的及时施作提供依据;判断中间岩柱的稳定性,为中间岩柱的加固提供指导;分析围岩和支护结构的变形和受力特点,判断小净距隧道开挖工法的正确性和支护体系的合理性,为支护体系的优化提供依据。
　　 (3)对比分析不同围岩地质条件下的两座小净距短隧道在开挖过程中的监测数据,确定监测的重点部位和监测时间,为今后类似条件下设计、施工和监测提供借鉴。
　　 (4)选取曾家顶隧道残坡积土层K68+850断面和雷公浦隧道坍塌堆积半硬半软围岩K70+520断面,进行有限元数值模拟计算,重点分析两种特殊岩层条件下,小净距隧道围岩的位移场、应力场和塑性点分布等等特征随着开挖过程的变化情况,通过对比左右洞开挖完成后各项特征变化情况,分析先后行洞开挖间的相互影响,分析隧道初衬支护结构的受力情况,判断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 研究项目背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 小净距隧道现场监测分析研究现状

1.2.2 小净距隧道数值模拟分析研究现状

1.3 本文主要的研究内容

第2章 小净距隧道新奥法设计与施工

2.1 引言

2.2 新奥法的原理

2.2.1 新奥法的基本原理

2.2.2 新奥法的技术原则

2.3 小诤距隧道的设计方法

2.3.1 地下结构设计方法简介

2.3.2 荷载结构法

2.3.3 地层结构法

2.3.4 小净距隧道新奥法支护设计

2.4 小净距隧道的施工方法

2.4.1 新奥法施工简介

2.4.2 小净距隧道初期支护顺序

2.4.3 小净距隧道基本开挖方法

2.4.4 小净距隧道开挖辅助施工工法及其适用性

2.5 本章小结

第3章 小净距隧道现场监测及信息处理

3.1 引言

3.2 监控量测的目的和意义

3.3 小净距隧道监测的主要内容

3.3.1 小净距隧道的特点

3.3.2 小净距隧道的监测重点

3.3.3 小净距隧道监控量测的项目

3.4 残坡积层小净距短隧道——曾家项隧道

3.4.1 隧道概况

3.4.2 监测方案

3.4.3 监测项目分析

3.4.4 监测分析结论

3.5 坍塌堆积半硬半软岩层小净距短隧道——雷公浦隧道

3.5.1 隧道概况

3.5.2 监测方案

3.5.3 监测项目分析

3.5.4 监测分析结论

3.6 两座隧道的监控对比分析结果

3.7 本章小结

第4章 小净距隧道施工过程数值模拟方法

4.1 引言

4.2 有限元的理论摹础

4.2.1 有限元法简介

4.2.2 弹塑性问题的增量有限元理论

4.2.3 PLAXIS有限元软件介绍

4.3 有限元模拟隧道的方法

4.3.1 数值分析隧道的研究现状

4.3.2 围岩的力学模型

4.3.3 计算范围、边界条件和单元类型

4.3.4 计算本构关系

4.3.5 单元的模拟

4.3.6 地应力场模拟

4.3.7 施工开挖模拟

4.4 PLAXIS模拟小净距隧道开挖的基本步骤

4.5 本章小结

第5章 小净距隧道数值模拟分析

5.1 引言

5.2 残坡积层K68+850断面模拟分析

5.2.1 模型概况

5.2.2 数值结果分析

5.2.3 模拟分析结论

5.3 坍塌堆积半硬半软岩层K70+520断面模拟分析

5.3.1 模型概述

5.3.2 数值结果分析

5.3.3 模拟分析结论

5.4 两隧道数值模拟结果对比分析

5.5 本章小结

第6章 结论与建议

6.1 本文的主要结论

6.1.1 小净距现场监测部分

6.1.2 小净距数值模拟部分

6.2 建议及存在的问题

参考文献

致谢

作者简介及科研成果