既有隧道塌方段原位扩建超大扁平隧道施工力学及对策研究

摘要

随着我国现在经济的高速发展，以往设计的公路隧道已渐渐不能满足日益增长的车辆流动量。与新修建隧道相比，拥有能利用既有隧道的地质预报、利用既有隧道有针对性地施作超前支护等优势的原位扩建隧道会是更好的选择。在隧道原位扩建过程中，塌方事故的风险是非常高的，目前已有许多关于扩建塌方的研究。　　但大多数研究是关于在原位扩建施工中如何预防塌方的发生，而少有关于在隧道既有塌方段中如何进行原位扩建的研究。为此，本文以福州市福马路马尾隧道为工程依托，在调研总结的基础上，采用数值模拟的方法研究隧道的原位扩建力学机理，分析既有塌方体对原位扩建的影响，比较不同加固措施的效果。最后基于数值模拟进行了工法比选，对既有施工方案进行了优化，并通过现场监测数据验证了新工法的可行性。主要结论如下：　　(1)对比分析现场监测数据发现，在围岩松动荷载等因素的影响下隧道既有塌方体的影响范围有所扩大。因此，本文运用地质物探结合理论计算的方法综合判断新的塌方体范围。由《公路隧道设计规范》上推荐的公式计算得出的破裂角与物探结果较为一致，而地表破裂面宽度则是与强度折减法得到的结果更接近。　　(2)根据数值模拟的结果发现，若不进行超前支护，隧道衬砌结构受力增大，既有塌方体一侧会发生塌穿型塌方。常用的三种加固措施(地表注浆、超前管棚以及超前径向锚杆)中，地表注浆的加固效果最好，而只施作超前管棚或超前径向锚杆时围岩仍会产生较大变形。　　(3)基于前文研究，本文提出使用部分地表注浆、超前管棚以及超前径向锚杆相结合的综合加固方案，使用该加固方案后围岩变形以及衬砌内力甚至还留有较大的安全富余量。随后工法比选的数值模拟结果以及现场监测结果证明CD法优化为台阶法是可行的。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 选题的意义和背景

1.2.1 隧道原位扩建研究现状

1.2.2隧道塌方研究现状

1.3.1 研究目标与研究内容

1.3.2 技术路线

第2章 隧道既有塌方段范围的研究

2.1.1 工程背景

2.1.2 地质构造

2.1.3 水文条件

2.1.4 隧道开挖方法

2.2 塌方段概况

2.2.1 塌方段监测资料

2.2.2 塌方段地层钻探与物探

2.3 隧道既有塌方段范围理论分析

2.3.1 规范推荐公式

2.3.2 太沙基理论

2.3.3强度折减法

2.4 本章小结

第3章 塌方段对原位扩建的影响及对策分析

3.1 计算模型及参数

3.2既有塌方体对原位扩建的影响

3.2.1 围岩变形分析

3.2.2 初期支护受力分析

3.2.3 围岩塑性区分析

3.3.1 既有隧道塌方段常用加固措施

3.3.2 围岩变形分析

3.3.3 结构受力分析

3.3.4 塑性区分析

3.4 本章小结

第4章 既有隧道塌方段原位扩建加固措施及工法优化

4.1加固措施效果数值模拟分析

4.1.1 围岩变形分析

4.1.2 结构受力分析

4.2.1 施工模拟方案

4.2.2 计算模型及参数

4.2.3 围岩变形分析

4.2.4 结构受力分析

4.3 现场施工方案

4.4现场监测结果分析

4.4.1 围岩压力监测

4.4.2 混凝土应力监测

4.4.3 钢拱架应力监测

4.4.3 加固措施施作对比分析

4.5 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果