学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

板岩隧道围岩变形破坏机制及稳定性控制方法研究

作　者: 王云龙
导　师: 谭忠盛
学　校: 北京交通大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 板岩隧道塌方掉块超挖亚分级现场试验锚杆刚架爆破方案开挖工艺
分类号: U451.2
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
下　载: 6次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

隧道施工的安全性与经济性一直以来都是人们最为关注的两大主题。其中安全性取决于隧道围岩与支护结构在施工和运营中的稳定,而经济性则是在保证安全性的前提下减小工程投入,这就需要在隧道的设计与施工中充分认识围岩特点,选择合理的支护参数及施工方法。本文的依托工程贵广铁路板岩隧道为双线铁路隧道群,板岩自身独特的层状结构导致在施工中出现围岩掉块、超挖甚至塌方等工程问题,在这些工程问题中掉块问题影响施工安全性、超挖问题影响施工的经济性、塌方问题则对施工的安全性与经济性均有严重影响。本文以贵广铁路板岩隧道施工安全性与经济性为出发点,详细研究板岩的工程性质从而探究板岩隧道施工中几种工程问题的发生机理,进而对隧道的支护参数及施工方法进行详细优化,主要有如下研究成果：(1)通过对板岩隧道的调查研究,总结了板岩隧道施工中常见问题如大变形问题、掉块塌方问题及超挖问题的影响因素；依据贵广铁路板岩隧道群的调查研究将板岩隧道塌方问题归纳为岩层溃曲型、岩层滑落型与破碎板岩失稳型三种类型,将掉块问题归纳为大块掉落、台阶状掉落及剥离式掉落三种类型,将超挖问题归纳为台阶状超挖、锯齿状超挖及裂隙主导型超挖三种类型,并对各种工程问题的发生条件进行详细统计。(2)在对板岩隧道常见工程问题影响因素统计的基础上对板岩稳定性的影响因素进行归纳,通过岩石室内试验及层间结合物遇水强度等试验研究对板岩稳定性进行亚分级。(3)在理论分析的基础上深入研究岩层溃屈型塌方、岩层滑落型塌方与破碎板岩失稳型塌方的机理,定量或定性分析了板岩隧道几种塌方问题的失稳条件；运用弹性地基梁理论分析了层状岩体的破坏机理,为中厚层板岩的破坏失稳、台阶状掉落及剥离式掉落提供了理论解释。(4)针对隧道施工中的围岩稳定控制问题在施工现场进行大量现场试验,通过各类围岩的围岩压力试验得出适用于板岩隧道的围岩压力计算方法,同时分析了板岩隧道竖向与横向围岩压力的分布规律；通过现场试验与数值分析相结合的手段研究了锚杆在板岩隧道支护中的作用效果,结果显示垂直于板岩层理面施作的锚杆作用最大,其余部位锚杆的作用效果不明显；利用现场试验与收敛约束法相结合的方法研究了钢架的作用效果,着重对比分析型钢钢架与格栅刚架的适用性,结果显示型钢刚架虽然具有较大的安全储备,但格栅刚架的受力特点和经济性较好,并最终得到适用于各级围岩的钢架支护形式及参数。(5)通过理论计算及现场多次试验观察总结了控制板岩隧道超挖的合理爆破方案及辅助施工方法；利用数值分析及理论分析的方法研究了板岩隧道塌方问题的控制方法,针对三种类型的塌方问题提出了相应的开挖工艺,结果表明对于岩层溃屈型塌方及破碎板岩失稳型塌方应以“减小一次开挖跨度、短进尺、管超前”为主要原则,对于岩层滑落型塌方则主要控制掌子面的稳定为主。通过对板岩隧道工程问题的总结分析最终得出了适用于板岩隧道的合理支护参数及施工方法,保证了贵广铁路板岩隧道施工的安全性与经济性。

全文目录

致谢  4-5
中文摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
绪论  12-26
  1.1 问题的提出  12-14
  1.2 国内外研究现状  14-23
    1.2.1 层状岩体的变形与破坏研究现状  14-17
    1.2.2 围岩压力的计算理论研究现状  17-20
    1.2.3 初期支护体系作用效果的研究现状  20-21
    1.2.4 板岩隧道的施工技术研究现状  21-23
  1.3 需要进一步解决的问题  23-24
  1.4 本文的研究内容及技术路线  24-26
    1.4.1 本文的研究内容  24-25
    1.4.2 本文技术路线  25-26
2 板岩隧道的工程问题分析  26-56
  2.1 板岩隧道的大变形问题  26-34
    2.1.1 板岩隧道大变形实例  26-30
    2.1.2 板岩隧道大变形现象的影响因素统计分析  30-34
  2.2 板岩隧道的塌方问题  34-48
    2.2.1 板岩隧道塌方问题的归纳  34-36
    2.2.2 岩层溃曲型塌方  36-39
    2.2.3 岩层滑落型塌方  39-42
    2.2.4 破碎板岩失稳型塌方  42-45
    2.2.5 塌方问题的影响因素  45-48
  2.3 板岩隧道的超挖及掉块问题  48-54
    2.3.1 板岩隧道的超挖问题  48-52
    2.3.2 板岩隧道的掉块问题  52-54
  2.4 小结  54-56
3 板岩隧道工程问题的发生机理  56-86
  3.1 引言  56-60
  3.2 层状岩体隧道的周边应力  60-63
  3.3 薄层状板岩的稳定性分析  63-73
    3.3.1 层状岩体板裂化的条件  63-67
    3.3.2 板裂化层状岩体的破坏  67-71
    3.3.3 非板裂化层状岩体的破坏  71-73
  3.4 中厚层～厚层状板岩的稳定性分析  73-78
  3.5 板岩的滑动性破坏分析  78-81
  3.6 破碎板岩的稳定性  81-84
  3.7 小结  84-86
4 板岩的工程性质及围岩稳定性亚分级  86-107
  4.1 板岩的亚分级指标及选取  86-90
    4.1.1 国内外围岩分级中的常用因素  86-88
    4.1.2 贵广铁路板岩隧道围岩亚分级指标的选取  88-90
  4.2 板岩的工程性质试验  90-100
    4.2.1 岩石的物理性质与水理性质试验  90-92
    4.2.2 岩石的单轴抗压强度试验  92-96
    4.2.3 层间结合物的力学性质试验  96-100
  4.3 贵广铁路板岩的亚分级  100-106
    4.3.1 工程实例  100-103
    4.3.2 贵广铁路板岩的定性分级  103-106
  4.4 小结  106-107
5 板岩隧道围岩压力特征及稳定性控制方法  107-144
  5.1 板岩隧道围岩压力特征及计算方法  107-117
    5.1.1 围岩压力的现场实测方案  107-108
    5.1.2 围岩压力监测结果  108-111
    5.1.3 围岩压力的位移反分析  111
    5.1.4 围岩压力的计算  111-113
    5.1.5 围岩压力分布特征  113-117
  5.2 板岩隧道锚杆的作用效果分析  117-130
    5.2.1 试验方法  118-119
    5.2.2 监测结果及分析  119-123
    5.2.3 锚杆设计参数分析  123-130
  5.3 板岩隧道钢架作用效果  130-142
    5.3.1 试验方法  130-131
    5.3.2 试验数据分析  131-135
    5.3.3 钢架的设计参数分析  135-142
  5.4 小结  142-144
6 板岩隧道工程问题的施工控制技术  144-174
  6.1 板岩隧道超挖控制技术  144-158
    6.1.1 板岩隧道的爆破成型  144-156
    6.1.2 小管棚在超挖控制中的应用  156-158
  6.2 板岩隧道掉块及塌方的预防技术  158-172
    6.2.1 板岩隧道掉块预防技术  158-162
    6.2.2 板岩隧道塌方预防技术  162-172
  6.3 小结  172-174
7 结论  174-178
  7.1 主要结论  174-175
  7.2 论文创新点  175-176
  7.3 展望  176-178
参考文献  178-186
作者简历  186-190
学位论文数据集  190

板岩隧道围岩变形破坏机制及稳定性控制方法研究

内容摘要

全文目录

相似论文