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石灰岩地区高速公路隧道围岩动态分级与支护合理性研究

作　者: 严林
导　师: 唐建新
学　校: 重庆大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 隧道围岩分级监控量测超前预报支护设计数值分析
分类号: U455.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 75次
引　用: 2次
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内容摘要

隧道围岩分级是隧道设计、施工的依据。由于地质环境复杂多变,不确定因素很多,常常使得原设计的支护方案与施工现场实际需要的支护方案有一定的出入。在施工阶段,由于隧道开挖,各种地质问题暴露无遗,可获得更多在设计阶段不能获得的地质资料。本文通过对石灰岩地区申家坡隧道进行现场监控量测,采用地质调查、测试,理论分析、回归分析、地质雷达超前预报和数值模拟等综合手段,一方面建立了施工隧道模糊层次综合评价法围岩分级方案,对施工过程中隧道围岩的实际级别进行了分级研究和评判,当实际揭露隧道地质条件与勘察设计水文地质条件有出入时,起到修正或变更隧道支护设计参数的作用,进而指导施工。另一方面采用FLAC程序,进行了隧道围岩数值模拟,以典型断面为例,分析支护方式的合理性,确定围岩级别和安全而且经济的支护方案。重点分析了在自重应力场作用下,典型断面按不同支护方案时的围岩变形特征、围岩应力分布,并据此得出整条隧道的围岩稳定性综合评价和相应的处理措施,对隧道实际围岩级别的判定和支护方案设计具有重要的指导意义。通过分析监控量测数据,找出各级围岩的变形及稳定规律,同时对断面数据进行回归分析,得出回归方程,绘制收敛速率随时间变化曲线,并以此来验证围岩分级方案的准确性以及支护方案的合理性。预测收敛速度随时间的变化趋势,以及最终变形量,确定各级围岩二次衬砌的最佳时机。处于石灰岩地区的申家坡隧道其位移变形量与时间关系多呈对数关系。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
1 绪论  9-16
  1.1 问题的提出  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-13
    1.2.1 围岩稳定性分级的研究现状  10-11
    1.2.2 新奥法施工监测系统应用现状  11
    1.2.3 超前预报国内外研究现状  11-12
    1.2.4 围岩变形规律研究现状  12-13
  1.3 本文主要研究内容和研究路线  13-16
    1.3.1 研究内容  13-14
    1.3.2 研究路线  14-16
2 申家坡隧道地质特征及工程概况  16-19
  2.1 工程概况  16
  2.2 工程水文地质条件  16-19
    2.2.1 地形地貌  16
    2.2.2 气象条件  16
    2.2.3 地层岩性  16-17
    2.2.4 地质构造与地震  17
    2.2.5 水文条件  17-18
    2.2.6 不良地质  18-19
3 施工隧道围岩分级  19-64
  3.1 我国的公路隧道围岩分级方法  19-24
  3.2 隧道围岩稳定性的影响因素  24-27
  3.3 模糊理论基础  27-30
    3.3.1 模糊概念和隶属函数  27-28
    3.3.2 权重计算方法  28-29
    3.3.3 模糊综合评价方法  29-30
  3.4 层次分析法  30-31
    3.4.1 层次分析法概论  30-31
    3.4.2 层次分析法在模糊综合评判中的应用  31
  3.5 施工隧道分级中监控量测  31-33
    3.5.1 监控量测对施工隧道分级系统的意义  31-32
    3.5.2 围岩分级中监控量测的内容  32-33
  3.6 施工隧道分级系统中的地质雷达超前探测  33-36
    3.6.1 地质雷达的基本原理  34-35
    3.6.2 地质雷达的特征参数  35-36
    3.6.3 探测的分辨率问题  36
    3.6.4 地质雷达的探测深度  36
  3.7 申家坡隧道围岩分级方案  36-45
    3.7.1 申家坡隧道围岩分级方案的确定  36-37
    3.7.2 申家坡隧道围岩分级原则  37
    3.7.3 围岩分级指标的确定  37
    3.7.4 申家坡隧道施工中分级指标的获取  37-41
    3.7.5 申家坡隧道施工中分级模型的建立  41-45
  3.8 应用实例  45-52
    3.8.1 权值的确定  46-47
    3.8.2 建立模糊隶属度矩阵  47-50
    3.8.3 模糊识别  50
    3.8.4 对围岩级别进行修正  50-52
  3.9 申家坡隧道部分围岩段实际分级与设计分级对照  52-63
  3.10 本章小结  63-64
4 施工隧道围岩分级与支护方案分析  64-80
  4.1 有限差分数值计算程序FLAC  64-66
    4.1.1 FLAC 简介  64
    4.1.2 FLAC 的原理  64-65
    4.1.3 FLAC 程序的应用范围  65
    4.1.4 FLAC 的特性  65-66
  4.2 隧道围岩的建模原理  66-67
  4.3 实例分析  67-78
    4.3.1 无支护方案模拟分析  70-71
    4.3.2 Ⅲ级支护方案模拟分析  71-74
    4.3.3 Ⅳ级支护方案模拟分析  74-76
    4.3.4 合理支护方案模拟分析  76-78
  4.4 本章小结  78-80
5 监控信息对围岩分级方案与支护合理性的验证  80-91
  5.1 隧道监控量测概述  80-81
    5.1.1 监控量测的必要性和意义  80
    5.1.2 量测仪器的基本要求  80-81
  5.2 围岩动态分级与支护合理性验证的监控量测  81-84
    5.2.1 围岩稳定性与监控量测  81
    5.2.2 申家坡隧道支护合理性研究中的监控量测内容  81-83
    5.2.3 监控量测选择的目的  83-84
  5.3 申家坡隧道支护合理性分析  84-91
    5.3.1 典型断面拱顶下沉量测分析  84-86
    5.3.2 隧道周边收敛量测分析  86-89
    5.3.3 二次衬砌合理支护时机  89-91
6 结论和建议  91-93
  6.1 结论  91
  6.2 建议  91-93
致谢  93-94
参考文献  94-97
附录  97

石灰岩地区高速公路隧道围岩动态分级与支护合理性研究

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