煤系软岩隧道变形特征及稳定性研究

摘要

本文依托工程为新建成都至贵阳高速铁路高坡隧道，通过理论分析、现场监控量测和数值分析等手段对高坡隧道煤系地层拆换段大变形发生机理，变形段拆换过程中隧道受力变形情况，新支护方案下高坡隧道安全稳定性进行分析研究，基于以上研究对隧道软弱围岩大变形控制技术进行了探讨。论文具体进行了以下几方面工作：　　(1)查阅隧道软岩大变形相关文献，对隧道软岩大变形研究现状、围岩压力理论计算方法、层状围岩变形机制及隧道软岩大变形控制技术等已有研究进行整理分析；对高坡隧道前期地址勘察资料、现场施工揭露围岩与支护结构变形破坏情况、隧道施工方法、新旧支护方案结构参数、和已有的隧道变形特征等相关资料进行收集整理；根据以上资料文献对高坡隧道在原支护方案下变形破坏机制、大变形等级、破坏特征进行了定性分析。　　(2)结合新支护方案确定高坡隧道试验段现场监控量测方案，监测项目包括围岩应力、钢架应力、混凝土应力、锚杆轴力、围岩内部位移和二次衬砌钢筋应力，对以上监测项目的监测数据进行整理分析，包括绘制各项目监测数据随隧道施工变化的时程曲线，各项目监测数据稳定后沿断面的空间分布图，以此作为分析高坡隧道煤系地层变形段拆换过程中隧道受力变形的重要依据。　　(3)通过有限元软件Abaqus对高坡隧道进行数值分析，首先整理出高坡隧道前后初期支护主要区别，以此确定二维数值分析的不同工况，用Abaqus有限元软件模拟不同工况下围岩位移和塑性区分布、初期支护应力的变化情况；其次用Abaqus有限元软件根据现支护方案建立三维模型，模拟隧道在实际应力状态及地质情况下围岩与支护结构随隧道开挖的受力与变形情况，提取目标断面下围岩位移、初期支护结构应力、钢架应力、锚杆轴力和二次衬砌应力变形受力稳定后数值结果，将数值模拟结果与现场同类型监测项目的变化规律和稳定后的监测数据进行对比分析，进而对现支护方案下隧道的安全稳定性进行综合分析评价。　　(4)结合高坡隧道现场监控量测数据和数值模拟结果以及隧道施工时揭露围岩和支护结构变形情况，提出软弱围岩隧道大变形控制原则，对高坡隧道变形段变形控制技术进行分析和总结。

目录

声明

第 1 章 绪论

1.1 引言

1.2 研究现状

1.2.1软弱围岩隧道大变形研究现状

1.2.2 围岩压力的计算理论研究现状

1.2.3 层状岩体变形机制研究现状

1.2.4 隧道软岩大变形控制技术研究现状

1.2.5 需要进一步解决的问题

1.3 主要研究内容及研究方法

1.3.1 主要研究内容

1.3.2 拟定技术方法

第 2 章 高坡隧道大变形机制探究

2.1 工程概况

2.1.1 工程地质与水文地质

2.1.2 隧道地应力测试

2.1.3 高坡隧道变形段原支护方案

2.1.4 隧道变形破坏特征

2.2 大变形机制探究

2.2.1 隧道大变形等级研究

2.2.2 变形段层状围岩受力分析

2.2.3 高坡隧道大变形原因分析

2.3 小结

第 3 章 高坡隧道大变形拆换段应力监控量测

3.1 高坡隧道变形段新支护方案

3.2 高坡隧道变形段监控量测技术

3.2.1 监测内容

3.2.2 监测方案

3.3 变形拆换段监测成果分析

3.3.1 围岩压力

3.3.2 混凝土应变

3.3.3 钢拱架应力

3.3.4 锚杆轴力

3.3.5 围岩内部位移

3.3.6 二次衬砌钢筋计应力

3.4 小结

第 4 章 高坡隧道大变形拆换段数值分析

4.1 概述

4.2 新旧支护结构受力情况二维数值分析

4.2.1 模拟工况及建模实现

4.2.2 二维数值模拟结果分析

4.3 高坡隧道大变形段新支护方案三维数值分析

4.3.1 三维有限元模型

4.3.2 三维数值模拟结果分析

4.4 小结

第 5 章 煤系地层隧道围岩变形控制技术研究

5.1 软弱围岩隧道大变形控制原则

5.2 高坡隧道变形控制工程技术

5.3 小结

结论与展望

结论

展望

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及科研成果