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炭质板岩隧道大变形及施工工法研究

作　者: 王锦华
导　师: 何平
学　校: 北京交通大学
专　业: 岩土工程
关键词: 隧道施工炭质板岩现场监测数值模拟
分类号: U445.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

本文依托吉图珲客运专线小盘山1号隧道建设工程,通过现场试验对小盘山1号隧道围岩地质条件进行分析和研究,同时采用现场监测和数值模拟方法,对隧道开挖过程中,炭质板岩段的合理施工工法和关键技术参数进行了研究,主要研究内容和结论如下：1.鉴于小盘山隧道地层中炭质板岩丰富且稳定性极差,因此通过现场试验准确确定该地层的围岩等级显得尤为重要,同时现场试验也为隧道施工工法的选择提供了基本方向。2.阐述和分析了隧洞开挖过程中大变形产生机制,并通过不等式的形式对炭质板岩隧道的支护原理进行呈现。3.在小盘山1号隧道试验段施工过程中,对隧道的拱顶沉降和水平径向收敛进行了现场监测,同时在隧道的代表性断面安放传感器,对初期支护中钢拱架应力等进行了重点量测。现场监测结果显示,在新的施工工法下,隧道周边围岩变形值在允许范围内,初期支护结构受力状态良好,可正常进行施工4.利用有限元软件ANSYS对洞内施工过程进行了数值模拟,确定采用三台阶七步开挖工法的基础上,考虑隧道深埋和隧道浅埋两种工况,对不同开挖步长和初期支护条件下数值计算结果显示：选取合适施工技术参数条件下的三台阶七步开挖法,能有效控制隧道拱顶沉降、水平径向收敛变形,并使初期支护受力状态也得以很大改善。5.将数值模拟计算结果与现场监测数据进行对比印证,发现两者吻合程度较好。综合分析后可知：小盘山1号隧道试验段变更隧道开挖工法效果明显,同时有效的控制了隧道开挖过程中围岩的变形,并能改善支护结构的受力状态。本文研究表明,采用合适的开挖步长与初期支护条件下的三台阶七步开挖法适用于小盘山1号隧道段的施工

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-11
1 绪论  11-19
  1.1 引言  11
  1.2 国内外研究现状  11-14
  1.3 依托工程背景  14-17
    1.3.1 工程概况  14
    1.3.2 地质条件  14-15
    1.3.3 水文条件  15
    1.3.4 工程难点  15-17
  1.4 研究目的和内容  17-19
    1.4.1 研究目的  17
    1.4.2 研究内容  17-19
2 炭质板岩隧道大变形机理及其支护原理  19-29
  2.1 大变形产生机制  19-23
    2.1.1 围岩大变形的原因  19-21
    2.1.2 板岩隧道的变形机理  21-23
  2.2 隧道大变形控制理论  23-27
    2.2.1 炭质板岩隧道的支护原理  23-25
    2.2.2 最佳支护时间和最佳支护时段  25-27
  2.3 小结  27-29
3 小盘山1号隧道施工方案及现场监控量测  29-51
  3.1 大断面隧道开挖方法探讨  29-32
    3.1.1 大断面隧道开挖方法的比较  29-30
    3.1.2 三台阶七步开挖法简介  30-32
  3.2 监控量测目的  32-33
  3.3 监控量测内容  33
  3.4 监控量测方案  33-37
    3.4.1 围岩级别判定方案  33-35
    3.4.2 洞周围岩位移量测方案  35-36
    3.4.3 初支钢拱架内力量测方案  36-37
  3.5 监控量测结果  37-48
    3.5.1 围岩级别  37-41
    3.5.2 拱顶沉降  41-44
    3.5.3 水平径向收敛  44-46
    3.5.4 钢拱架内力  46-48
  3.6 小结  48-51
4 小盘山1号隧道施工过程数值模拟分析  51-87
  4.1 施工过程数值模拟  51-53
    4.1.1 计算目的  51
    4.1.2 计算参数选取  51-52
    4.1.3 计算模型的建立  52-53
    4.1.4 计算荷载和计算工况  53
  4.2 隧道开挖过程数值模拟  53-85
    4.2.1 浅埋段隧道开挖过程结果及分析  53-71
    4.2.2 深埋段隧道开挖过程结果及分析  71-85
  4.3 监测数据和模拟结果存在差异原因  85-87
5 结论与展望  87-91
  5.1 主要研究结论  87-88
  5.2 存在问题与展望  88-91
参考文献  91-93
作者简历  93-97
学位论文数据集  97

炭质板岩隧道大变形及施工工法研究

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