第三系砂泥岩隧道涌水涌泥段施工方案研究

摘要

第三系砂泥岩是一种特殊岩层，其围岩工程特性参数不明确，与水即化，在隧道施工中容易坍塌，严重影响着工程质量与施工进度。本文是依托牡绥线扩能改造工程双丰隧道为工程背景，运用有限元数值模拟方法对第三系砂泥岩地层涌水涌泥段隧道开挖施工方法进行选取，进一步通过数值模拟分析选取最优支护参数。论文的主要研究工作与成果如下：　　（1）对隧道发生涌水涌泥地质灾害地段，分别从地形、地层围岩、地下水、大气降水和施工开挖等方面入手研究调查隧道发生涌水涌泥的主要原因，并且结合国内外防排水技术手段，针对隧道发生涌水涌泥地质灾害作出处理。　　（2）应用现场应力监控量测手段对隧道涌水涌泥段施工进行监控量测，分别在拱顶、左右拱腰、左右边墙和左右拱脚等七个测点进行埋设压力盒、安装钢架应变计、混凝土应变计和钢筋应变计等仪器进行监测，及时分析监测数据，研究围岩受力变形与支护参数之间的关系。　　（3）对 CD法施工方法和三台阶中侧壁法进行数值模拟分析，选取隧道施工最优开挖方案，数值模拟研究得出三台阶中侧壁法具有控制隧道竖向变形、减少围岩扰动、初期支护性能稳定、适合中大型机械施工、施工安全性较高等优点，所以选取三台阶中侧壁法作为隧道的开挖施工方案。　　（4）对初期支护方案中锁脚锚杆直径大小、钢拱架型号和初喷混凝土厚度等支护参数进行数值模拟分析，分别对比了每种工况下隧道的变形位移大小、扰动围岩范围、以及初期支护混凝土应力等因素，得出采用锁脚锚杆直径d=89 mm、钢拱架I22a、初喷混凝土厚度h=30cm等支护参数时更有利于控制隧道变形。　　（5）采用数值模拟方法对隧道涌水涌泥段进行泄水降压技术研究，分别对地表降水井和平导泄水孔进行数值模拟分析，研究得出地表降水井排水量为900 m3/d大于平导泄水孔排水量600 m3/d，并且地表降水井的孔隙水压为0.9MPa小于平导泄水孔的孔隙水压1.15MPa，因此选取地表降水井作为隧道泄水降压的技术方案。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 选题背景和意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文主要研究内容及其研究路线

2 双丰隧道工程概况和涌水涌泥因素分析

2.1 工程概况

2.2 围岩地质特征

2.3 涌水涌泥失稳特征

2.4 涌水涌泥因素调查分析

2.5 本章小结

3 双丰隧道涌水涌泥段监控量测分析

3.1 监控量测目的和意义

3.2 监控量测断面

3.3 监控量测原理

3.4 监控量测结果分析

3.5 本章小结

4 双丰隧道涌水涌泥段施工方案比选

4.1 施工方案比选

4.2 有限元原理简介

4.3 数值模型建立

4.4 模拟结果分析

4.5 本章小结

5 双丰隧道施工技术方案优化

5.1 隧道涌水涌泥处泄水降压方案研究

5.2 支护参数优化

5.3 施工技术设计

5.4 本章小结

6 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