煤系软岩隧道变形特征及稳定性研究

作     者：余旭 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张俊云

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：隧道工程 软岩大变形 监控量测 数值分析 煤系地层 

摘      要：本文依托工程为新建成都至贵阳高速铁路高坡隧道,通过理论分析、现场监控量测和数值分析等手段对高坡隧道煤系地层拆换段大变形发生机理,变形段拆换过程中隧道受力变形情况,新支护方案下高坡隧道安全稳定性进行分析研究,基于以上研究对隧道软弱围岩大变形控制技术进行了探讨。论文具体进行了以下几方面工作:（1）查阅隧道软岩大变形相关文献,对隧道软岩大变形研究现状、围岩压力理论计算方法、层状围岩变形机制及隧道软岩大变形控制技术等已有研究进行整理分析;对高坡隧道前期地址勘察资料、现场施工揭露围岩与支护结构变形破坏情况、隧道施工方法、新旧支护方案结构参数、和已有的隧道变形特征等相关资料进行收集整理;根据以上资料文献对高坡隧道在原支护方案下变形破坏机制、大变形等级、破坏特征进行了定性分析。（2）结合新支护方案确定高坡隧道试验段现场监控量测方案,监测项目包括围岩应力、钢架应力、混凝土应力、锚杆轴力、围岩内部位移和二次衬砌钢筋应力,对以上监测项目的监测数据进行整理分析,包括绘制各项目监测数据随隧道施工变化的时程曲线,各项目监测数据稳定后沿断面的空间分布图,以此作为分析高坡隧道煤系地层变形段拆换过程中隧道受力变形的重要依据。（3）通过有限元软件Abaqus对高坡隧道进行数值分析,首先整理出高坡隧道前后初期支护主要区别,以此确定二维数值分析的不同工况,用Abaqus有限元软件模拟不同工况下围岩位移和塑性区分布、初期支护应力的变化情况;其次用Abaqus有限元软件根据现支护方案建立三维模型,模拟隧道在实际应力状态及地质情况下围岩与支护结构随隧道开挖的受力与变形情况,提取目标断面下围岩位移、初期支护结构应力、钢架应力、锚杆轴力和二次衬砌应力变形受力稳定后数值结果,将数值模拟结果与现场同类型监测项目的变化规律和稳定后的监测数据进行对比分析,进而对现支护方案下隧道的安全稳定性进行综合分析评价。（4）结合高坡隧道现场监控量测数据和数值模拟结果以及隧道施工时揭露围岩和支护结构变形情况,提出软弱围岩隧道大变形控制原则,对高坡隧道变形段变形控制技术进行分析和总结。