双护盾TBM开挖隧道围岩稳定性研究

作     者：宋志成 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈强

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：双护盾TBM 围岩稳定性 围岩分级 熵权法 FLAC3D 

摘      要：与传统的隧道开挖方法相比,双护盾TBM法施工对隧道围岩的扰动小,能够有效的维护围岩的自稳能力,因此在隧道设计和施工阶段可以有效利用围岩的自稳强度,降低支护结构的设计参数,节约工程材料,也能保证施工的安全、高质。然而使用TBM开挖隧道,主要面临的问题是隧道围岩稳定性能否确保TBM正常掘进,避免出现卡机、埋机等事故。现有的围岩分级方法大多是针对新奥法、钻爆法等来评判隧道围岩质量,而针对采用双护盾TBM法开挖的隧道围岩质量评价方法的研究较少,也不成熟。由于采用双护盾TBM法施工导致隧道围岩被机械和管片隔离,施工人员不能直观的获取隧道围岩的地质情况,因此传统的围岩分级方法在双护盾TBM法施工中并不适用。本文在现有围岩分级基础上,选取双护盾TBM掘进参数、碴料参数作为隧道围岩分级指标,基于熵权法理论计算得到TBM推力、刀具贯入度、TBM扭矩、片状岩碴含量、块状岩碴含量、粉状岩碴含量六个指标的权重值分别为0.106、0.273、0.074、0.060、0.358、0.129,建立对***隧道工程围岩分级方法,以此来判定刀盘前方岩体情况,并结合实际开挖隧道围岩等级进行验证,通过熵权法理论计算得到的围岩分级结果与实际工程中围岩等级结果相同。因此基于熵权法理论可以对隧道围岩分级,在掘进机开挖岩体的过程中,能够快速、准确了解正在开挖岩体的质量情况,进而根据岩体的质量等级来指导隧道施工,及时调整安装管片的型号。***隧道是一个深埋隧道,双护盾TBM面临的最大问题是围岩的大变形,若隧道围岩变形较大,会挤压护盾,阻碍掘进机前行,最终导致卡机。研究隧道围岩变形情况,结合隧道围岩变形控制基准值,判断围岩的稳定性,做好超前支护措施,保证双护盾TBM顺利掘进通过。故本文通过FLAC3D软件模拟卡机事故段围岩变形情况,得到隧道呈现四周整体向洞内收敛的特点,隧道掌子面的空间效应对附近围岩的变形影响显著。当双护盾TBM不断向前掘进,掌子面前移,使得掌子面附近的隧道围岩变形产生较大变化,并远大于围岩的最初变形。模拟得到支护状态下机械护盾区域拱顶围岩最大下沉可达134.87mm,远大于预留量,使得洞周围岩挤压机械护盾,阻碍掘进机向前推进。因此研究围岩变形规律来指导双护盾TBM施工有着重要意义。