大断面黄土隧道稳定性分析

作     者：陈思阳 chensiyang

作者单位：兰州理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱彦鹏

授予年度：2011年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：黄土隧道 大断面 稳定性 超前地质预报 位移监测分析 可靠度 

摘      要：我国是一个多山多丘陵的国家,并且黄土覆盖面积较大,西部大开发建设的实施促进了我国高速公路、铁路干线网的不断完善,特别是向我国西部多山地区的不断延伸,使交通基础设施建设中穿越黄土高原地区的公路、铁路越来越多。采用隧道来克服地形障碍使线路平直、缩短里程,避免不良地质条件对线路的不利影响,有效地提高线路标准:同时对合理地保护自然环境,避免开挖路堑,减少破坏地面植被,水土保持和维持生态平衡,以及抵御自然灾害都十分有利。 目前《铁路隧道设计规范》(TB10003-2005)、《公路隧道设计规范》(JTG/T D70-2004)和最新推广使用的《公路隧道设计细则》(JTG/T D70-2010)中对隧道的设计要求和标准作了详细的规定,但绝大部分是针对山岭岩石隧道,而将黄土归入特殊地质,设计也只是在岩石隧道的基础上降低围岩级别,加大支护参数,做一定的补充规定,给了一些指导意见,尤其是对大断面黄土隧道,上述规范和设计细则均未有所及。 大断面黄土隧道稳定性的问题亟待解决:如隧道地质的模糊评判、隧道岩土材料的本构关系、黄土软岩隧道的力学机理、隧道围岩的变形控制指标、支护结构的评价等,国内外对此方面的研究报道甚少,研究工作刚起步。 本文以新建铁路兰州至重庆线兰州枢纽货车北环线及兰州北编组站(多段隧道总长23km,最长段12.5km)、连霍国道主干线(DJ45)永登-古浪高速公路隧道工程(全长1.6km,分离式)为工程背景,对大断面黄土隧道的稳定性进行了研究分析,主要内容有以下几个方面: (1)总结了目前隧道在设计理论、围岩失稳机理、稳定性的分析方法的研究概况;(2)在隧道施工作业前用TSP物探,对前方不良地质围岩进行超前预报;研究隧道围岩主要工程地质条件,对隧道开挖稳定性的影响;(3)在隧道施工作业中,综合考察隧道初期支护极限相对位移、位移速度及位移速度的变化率,对隧道的稳定性做出准确预判;(4)在隧道支护作业时,考虑隧道围岩与支护结构共同受力变形的特点,将隧道初期支护结构作为串联体系考虑,构建考虑综合安全系数的功能函数,来分析隧道初期支护系统的可靠度;(5)初步探讨了土这一特殊围岩的力学性质,结合损伤力学的观点利用统计学原理,建立了“横观各向同性土变形破裂过程的损伤软化统计本构关系。