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隧道工程软弱围岩大变形控制体系研究

作　者: 张洋
导　师: 王志杰
学　校: 西南交通大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 软弱围岩隧道大变形控制技术数值模拟
分类号: U452.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

随着我国基础建设事业的高速发展和西部大开发的进一步推进，我国的公路工程、铁路工程和地下工程迅猛发展，其大量长大、深埋隧道工程纷纷上马，穿越高地应力区以及遇到软弱围岩体，常导致软弱围岩大变形等相关地质灾害。对于隧道软弱围岩大变形的有效合理的防治与控制措施愈显紧迫与重要。本文通过对国内外知名大变形隧道的事例分析，从隧道的埋深、岩性条件、工程环境、支护约束、变形量、变形机理、发生时间等方面，定义隧道围岩大变形，能直观准确判断大变形。为满足工程需要，提出了大变形的分级标准，对围岩大变形进行判断和预测预报。预测方式：超前预测，隧道施工采用超前地质预报，分析地质情况，同时进行数值模拟计算，可以超前预测大变形情况：施工预测，施工过程通过监控量测成果，采用工程类比，进行数学分析处理，预测大变形情况。在易发生大变形隧道地段采用短台阶法开挖、锚网喷注加钢架联合支护能满足施工需要，并用FLAC3D进行数值模拟，模拟其开挖与支护，掌握围岩变形与支护受力规律，指明支护的薄弱部位，施工时进行监控量测，并进行反分析得围岩参数，指导数值模拟计算。本文建立了一套适合隧道围岩大变形的控制体系：隧道开挖前，调查地质情况，进行地质超前预报，采用工程类比方式，判别围岩类型，并进行数值模拟，判断大变形情况，提供合适的开挖方法与相应的支护措施，施工过程进行监控量测，并进数据分析判断，得出围岩参数，优化数值模拟参数，让计算接近工程实际，指导下步施工。本文结合乌鞘岭隧道进行研究，实践证明技术上可行，经济上合理。对于类似工程具有一定的参考价值。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-15
  1.1 选题背景及意义  9-11
  1.2 围岩大变形研究现状  11-13
  1.3 本文研究目标与内容  13-15
    1.3.1 本文研主要目标  13-14
    1.3.2 主要研究内容  14-15
第2章隧道围岩大变形的机理及分级研究  15-39
  2.1 隧道围岩大变形工程实例  15-17
  2.2 围岩大变形的工程定义  17-19
  2.3 隧道围岩大变形形成演化机制  19-29
    2.3.1 挤压性围岩变形力学机制分析  20-23
    2.3.2 膨胀岩的膨胀压力力学分析  23-26
    2.3.3 隧道围岩大变形形成机理  26-29
  2.4 围岩大变形隧道失稳的力学机制  29-31
  2.5 围岩大变形的分级研究  31-32
  2.6 乌鞘岭隧道围岩大变形分析  32-39
    2.6.1 工程概况  32
    2.6.2 隧道施工中软弱围岩大变形概况  32-33
    2.6.3 软弱围岩特征及变形力学特性  33-34
    2.6.4 隧道初期支护变形破坏规律  34-35
    2.6.5 隧道围岩大变形的原因分析  35-39
第3章围岩大变形预测研究  39-49
  3.1 大变形预测的几个基本问题  39-40
  3.2 预测参数及预测准则  40-44
    3.2.1 预测参数  41-43
    3.2.2 预测预报准则  43-44
  3.3 围岩大变形预测预报实例  44-49
    3.3.1 开挖段的预测预报  44-47
    3.3.3 未开挖段的超前预测  47-49
第4章软弱围岩大变形支护的作用机理及对策  49-70
  4.1 隧道支护结构理论的发展与现状  49-51
    4.1.1 支护理论的进展  49-50
    4.1.2 支护技术的进展  50-51
  4.2 软弱围岩大变形支护作用机理分析  51-59
    4.2.1 软弱围岩变形特点  51-52
    4.2.2 围岩与支护结构的作用机理分析  52-55
    4.2.3 隧道开挖断面大小形状对变形控制的影响  55
    4.2.4 软弱围岩支护的作用机理分析  55-59
  4.3 软弱围岩大变形支护对策  59-63
    4.3.1 软弱围岩大变形隧道开挖方法  59-61
    4.3.2 软弱围岩大变形隧道支护设计的基本原则与特点  61-62
    4.3.3 软弱围岩大变形支护方法  62-63
  4.4 隧道开挖与支护工程实例  63-70
    4.4.1 工程地质条件  63-64
    4.4.2 长台阶法在 F7断层中的不适用  64-65
    4.4.3 短台阶法在 F7断层中的采用  65-66
    4.4.4 大变形塌方段处理措施  66-70
第五章隧道开挖支护数值模拟与监控量测分析  70-98
  5.1 计算程序基本原理  70-74
    5.1.1 计算软件的选择  70
    5.1.2 FLAC的基本原理  70-71
    5.1.3 FLAC3D计算后处理程序  71-72
    5.1.4 BMP程序的基本原理  72-74
  5.2 隧道施工的数值模拟  74-76
    5.2.1 计算模型  74-75
    5.2.2 计算参数  75
    5.2.3 隧道开挖支护模拟  75-76
  5.3 数值模拟计算结果分析  76-86
    5.3.1 隧道周边位移变化分析  76-77
    5.3.2 围岩位移场变化分析  77-80
    5.3.3 初期支护受力分析  80-82
    5.3.4 围岩应力场变化情况  82-85
    5.3.5 二次衬砌受力分析  85-86
  5.4 监控量测成果分析  86-92
    5.4.1 变形量测分析  86-87
    5.4.2 围岩压力、接触压力及支护衬砌应力  87-88
    5.4.3 监控量测成果位移反分析运用  88-92
  第六章结论与建议  92-98
    6.1 结论  92-93
    6.2 建议  93-98
致谢  98-99
攻读硕士学位期间发表论文及科研成果  99

隧道工程软弱围岩大变形控制体系研究

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