复杂地质条件下连拱隧道变形规律及施工方法研究

摘要

随着公路建设的快速发展，公路隧道的修建越来越多，不可避免的会遇到诸如浅埋偏压、软弱岩层、节理、裂隙和软弱夹层等不良地质情况；“新奥法”的应用和推广，支护结构被赋予了新的支护理念，现有的设计理论(松散压力理论)满足不了工程的需要；连拱隧道以其独特的优点得以广泛的采用，但其工序复杂，相互交叉作业，尤其修建浅埋偏压的连拱隧道时，使得围岩与隧道结构受力更加复杂多变，难以把握。 本文结合三维数值模拟和现场监控量测分析了三导洞法、中导洞台阶法和中导洞全断面法的多种不同施工方案，具体分析了特定围岩和施工方法下的各种不同方案的优劣。 富溪隧道进口段依照实际的浅埋偏压状况建立模型，采用三导洞法开挖模拟了12种方案，确定了合理的施工顺序和左右主洞掌子面错距，系统地分析研究了软弱破碎围岩浅埋偏压段施工的隧道变形和围岩应力变化规律，提出了防止施工病害的针对性建议；洞身段按深埋隧道建立模型，分别采用中导洞台阶法和中导洞全断面法模拟了10种方案，确立了适合深埋隧道的合理施工顺序、台阶长度和掌子面错距，系统分析研究了围岩较好深埋段施工的隧道变形和围岩应力变化规律，提出了兼顾施工安全和节省工期的合理施工方案；由于受到多次扰动，中隔墙的位移和应力变化规律较为复杂，通过对各种方案的对比分析，得出了中隔墙在施工不同阶段的位移变化规律、应力变化规律和应力分布规律，尤其对于浅埋偏压段隧道施工时中隔墙位移和应力变化规律做了深入研究，提出了合理的施工建议。 现场监控量测分析了拱顶下沉、周边收敛、喷射混凝土内应力、钢支撑内力和围岩与初期支护间压力，通过与数值模拟的对比，验证了数值模拟的正确性，并且结合数值模拟结果提出了能够确保施工安全和节省工期的合理施工方法。

目录

文摘

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致谢

第一章绪论

1.1引言

1.2国内外连拱隧道发展状况

1.2.1国外连拱隧道发展概况

1.2.2国内连拱隧道发展情况

1.3连拱隧道研究现状和方法

1.3.1研究现状

1.3.2国内外针对连拱隧道采取的研究方法

1.4研究的目的和内容

1.4.1研究的目的

1.4.2研究的内容

第二章富溪隧道工程概况

2.1工程地质条件和水文地质条件

2.2围岩级别

2.3不良地质因素

2.4施工概况

第三章FLAC3D原理及计算模型的建立

3.1 FLAC3D的基本原理及特点

3.2 FLAC3D中的基本本构模型

3.3模型的建立

3.3.1浅埋偏压段计算模型及计算参数

3.3.2深埋段计算模型及计算参数

第四章浅埋偏压段数值模拟

4.1导洞施工力学研究

4.1.1两种方案的围岩变形

4.1.2两种方案的围岩应力

4.2主洞施工力学研究

4.2.1施工顺序研究

4.2.2空间效应研究

4.2.3围岩应力研究

4.3本章小结

第五章深埋段数值模拟

5.1台阶法施工力学研究

5.1.1主洞错距对施工的影响

5.1.2台阶长度对施工的影响

5.2全断面法施工力学研究

5.3本章小结

第六章中隔墙变形及受力规律

6.1三导洞法施工对中隔墙的影响

6.1.1掌子面错距不同对中隔墙的影响

6.1.2主洞开挖顺序不同对中隔墙的影响

6.2中导洞台阶法施工对中隔墙的影响

6.2.1掌子面错距不同对中隔墙的影响

6.2.2台阶长度不同对中隔墙的影响

6.3全断面法施工对中隔墙的影响

6.4本章小结

第七章现场监控量测分析

7.1富溪隧道监控量测内容和目的

7.2富溪隧道量测点布置和测量方法

7.3进口偏压段监控量测研究

7.4监控量测与数值模拟的对比分析

7.5结合监控量测分析施工问题

第八章结论与展望

8.1结论

8.2展望

参考文献