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浅埋暗挖杂填土隧道围岩稳定及支护力学特性研究

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浅埋暗挖杂填土隧道围岩稳定及支护力学特性研究

作者：李晓亮西南交通大学

学位级别：硕士

对于在城市修建地下轨道交通,不可避免的将会遇到浅埋暗挖、杂填土层和开挖断面大的问题。杂填土相比于一般土体具有不均匀性,自重压密性,湿陷性,低强度和高压缩性等特点,这就使得隧道的开挖具有了很大的不确定性。本文针对浅埋暗挖杂... 详细信息

对于在城市修建地下轨道交通,不可避免的将会遇到浅埋暗挖、杂填土层和开挖断面大的问题。杂填土相比于一般土体具有不均匀性,自重压密性,湿陷性,低强度和高压缩性等特点,这就使得隧道的开挖具有了很大的不确定性。本文针对浅埋暗挖杂填土隧道施工中的理论及技术难点,综合运用理论分析、数值模拟和现场试验的方法,系统的分析了杂填土层隧道的施工力学行为。通过对杂填土的工程特点、力学特性、作用荷载、隧道预加固措施和大断面开挖工法的研究,从而形成了一套关于杂填土的合理理论体系和科学的施工方法。同时,将研究的成果积极的反馈到现场实际建设中,科学而有力的指导了现场的施工。其主要研究成果如下:1、通过调研大量文献及地勘资料,总结提出人工杂填土层的宏观构造特征、分布特点、成层规律以及力学特性。在分析了杂填土的普遍规律之后,有针对性的对依托工程——重庆市轨道交通十号线中央公园站工程进行了详细研究,为后续的研究提供理论基础。2、通过对影响杂填土作用荷载因素分析,对隧道开挖后围岩应力状态进行了辨识,探明了杂填土层的压力拱成拱临界埋深;再与现有荷载计算理论公式对比,提出了适合浅埋杂填土隧道的荷载计算公式,并将之与现场试验数据进行比对,验证了公式的科学性与合理性。3、通过对浅埋暗挖区间隧道变形特性及变形机理分析,提出适合杂填土隧道开挖的合理预加固措施,并对不同预加固措施进行对比,分析了不同措施的适用性,最后对提出的预加固措施进行了优化建议。4、通过对浅埋暗挖大断面隧道施工工法的分析,得到了在杂填土层下大断面隧道施工的合理开挖工法,以围岩位移和衬砌内力安全性为指标,结合现场试验数据对不同开挖工法适用性进行了研究,提出了适合浅埋暗挖杂填土大断面隧道的施工工法优化建议。

关键词：浅埋隧道杂填土围岩变形作用荷载现场实测开挖工法

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隧道穿越断层破碎带围岩变形规律研究

隧道穿越断层破碎带围岩变形规律研究

作者：常乔磊西南交通大学

学位级别：硕士

随着我国高速公路建设的迅猛发展,出于隧道工程线型的要求,越来越多的隧道需穿越断层破碎带。断层破碎带内岩体一般松散破碎、自稳能力差,容易发生塌方事故。因此,研究隧道穿越断层破碎带时围岩的变形规律具有重要的理论和实际意义。本... 详细信息

随着我国高速公路建设的迅猛发展,出于隧道工程线型的要求,越来越多的隧道需穿越断层破碎带。断层破碎带内岩体一般松散破碎、自稳能力差,容易发生塌方事故。因此,研究隧道穿越断层破碎带时围岩的变形规律具有重要的理论和实际意义。本文采用三维离散元数值模拟方法,对隧道穿越不同形态的断层破碎带进行分析,得出了隧道穿越不同倾角、不同宽度、走向线与隧道轴线夹角不同的断层破碎带时围岩变形规律。同时分析研究了采用不同开挖工法穿越断层破碎带时围岩的变形规律。并结合广东揭阳小北山1号隧道穿越F2断层工程实例,研究采用预留核心土法开挖时围岩的变形规律。得到的主要结论如下:(1)隧道穿越断层破碎带时,随着断层破碎带倾角的不断增大,隧道拱顶最大沉降值、仰拱最大隆起值、拱腰最大水平位移值均呈现出"先增大后减小再增大再减小"的变化趋势,且在断层倾角为45°和135°时得到极大值。(2)当断层倾角关于90°对称(如80°和100°、60°和120°)时,隧道穿越倾角大的断层破碎带引起的拱顶最大沉降值和拱腰最大水平位移较大、引起的仰拱最大隆起值较小。(3)隧道穿越断层破碎带时,随着断层宽度的增大,隧道关键部位的变形范围和变形量都不断增大。(4)隧道穿越断层破碎带时,随着断层走向线与隧道轴线夹角的不断减小,隧道左右两侧的变形不再对称,变形区域相应增大,但关键部位变形量的变化并不大。(5)采用全断面、上下台阶、预留核心土三种不同开挖工法穿越断层破碎带时,拱顶最大沉降值、仰拱最大隆起值、拱腰最大水平位移值的排序均为:全断而>上下台阶>预留核心土。上下台阶法和预留核心土法引起的拱腰水平位移约为全断面法的一半;三种工法引起的拱顶沉降和仰拱隆起相差不多;采用上下台阶和预留核心土开挖时,拱顶沉降和仰拱隆起的变化趋势更加缓和,有利于结合其他围岩加固措施取得更好的效果。

关键词：隧道断层破碎带围岩变形离散元开挖工法

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富水破碎围岩隧道施工技术研究

富水破碎围岩隧道施工技术研究

作者：白净钞西南交通大学

学位级别：硕士

在隧道修建过程中会经常遇到富水破碎带,如何选择正确的施工方法一直以来都是一个重要课题,本文以乐园隧道富水破碎带施工技术为背景,主要研究了富水破碎隧道如何进行合理防排水和如何选择最优开挖工法。本文通过对大量文献资料归纳总... 详细信息

在隧道修建过程中会经常遇到富水破碎带,如何选择正确的施工方法一直以来都是一个重要课题,本文以乐园隧道富水破碎带施工技术为背景,主要研究了富水破碎隧道如何进行合理防排水和如何选择最优开挖工法。本文通过对大量文献资料归纳总结,通过理论分析得出隧道富水破碎区渗流场与应力场相互影响机理,并以此为基础提出合理防排水措施。结果表明：(1)地下水通过对围岩结构面产生物理化学反应影响应力场;(2)地下水通过力学作用改变围岩应力场分布。应力场通过影响岩体体积应变和孔隙率影响岩体渗透性。对于隧道防排水选择以“以堵为主、综合治理”为原则,通过超前地质预报探明掌子面前方富水破碎情况,对富水破碎带实施注浆进行止水,并于破碎带中线布置排水孔进行适当排水。通过非线性有限元软件ADINA分别对富水破碎带未注浆止水进行开挖和注浆止水进行开挖模拟,结果表明：未注浆止水对隧道稳定不利,应在开挖前采取注浆止水。对隧道按全断面法、台阶法和分部开挖法进行开挖模拟,对比分析不同开挖方法下的应力分布、锚杆轴力变化等方面,结果表明：(1)采用分部开挖法开挖,其应力和锚杆轴力均最小,所需支护力最小;(2)采用全断面法开挖,其应力最大,锚杆轴力也最大,所需支护力最大;(3)台阶法介于二者之间,但比采用全断面法对隧道稳定性大得多。结合数值模拟结果,考虑到各种开挖方法施工经济性与对掌子面稳定性影响,乐园隧道围岩破碎带采用台阶法施工实际意义最大。

关键词：乐园隧道富水破碎围岩防排水 ADINA 开挖工法

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黄土隧道切槽预支护技术研究

黄土隧道切槽预支护技术研究

作者：孙猛石家庄铁道大学

学位级别：硕士

本文以蒙西至华中地区铁路煤运通道南沟隧道为工程背景,研究机械切槽预支护技术在黄土隧道应用中的技术、预支护受力特征和黄土隧道稳定性特点。机械切槽预支护技术在国外,尤其是日本和法国取得了及其突出的研究成果并有大量的成功实例... 详细信息

本文以蒙西至华中地区铁路煤运通道南沟隧道为工程背景,研究机械切槽预支护技术在黄土隧道应用中的技术、预支护受力特征和黄土隧道稳定性特点。机械切槽预支护技术在国外,尤其是日本和法国取得了及其突出的研究成果并有大量的成功实例,国内则处于起步研究阶段至今并无工程实例,因此要对机械切槽预支护技术从工法、预支护参数、施工工艺等方面进行深入研究。针对黄土地层特征和隧道施工变形特点,本文分析了切槽预支护技术在黄土地层中应用的优势,分析预支护结构安全性和周边围岩变形,并与传统支护进行对比分析,以保障了黄土隧道切槽预支护的安全。本文利用大型有限差分软件FLAC 3D进行黄土围岩隧道施工过程的三维数值模拟分析,研究黄土围岩铁路隧道机械切槽预支护后全断面法和台阶法两种开挖工法,比较两种工法工程特点,从位移、应力和塑性区方面优化施工方法;研究施工中掌子面超前加固、隧道开挖进尺、仰拱封底时间、切槽厚度、切槽开挖顺序以及切槽开挖分区等技术参数,提出较为合理的工艺参数;研究不同埋深条件下的预支护结构的安全度,论证机械切槽预支护技术在黄土隧道施工中的可行性。

关键词：机械切槽预支护黄土隧道开挖工法支护结构围岩稳定性

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高边墙超大断面地下硐室结构设计与优化研究

高边墙超大断面地下硐室结构设计与优化研究

作者：张瑶石家庄铁道大学

学位级别：硕士

为了替换即将到达预期寿命的北京正负电子对撞机,中科院高能所提出了环形电子对撞机项目。环形电子对撞机项目由于设备布置等要求,需要修建高边墙超大断面地下试验大厅,试验大厅跨度和高度超过30 m,开挖面积最小要求900 m,工程涉及多种... 详细信息

为了替换即将到达预期寿命的北京正负电子对撞机,中科院高能所提出了环形电子对撞机项目。环形电子对撞机项目由于设备布置等要求,需要修建高边墙超大断面地下试验大厅,试验大厅跨度和高度超过30 m,开挖面积最小要求900 m,工程涉及多种级别围岩,而目前可参考经验案例较少,相关设计理论研究不足,因此对超大断面地下工程进行结构设计与优化研究具有重要意义。本文以超大断面地下试验大厅为工程背景,采用理论分析和数值模拟等方法,对超大断面地下硐室的断面优选、围岩压力、支护参数优化和开挖工法等展开研究,主要研究内容及成果如下:(1)利用灰色局势决策和层次分析法进行断面优选研究,以围岩级别为事件,断面形状为对策,二者组合形成决策矩阵,对矩阵中每个决策元进行计算,确定目标值,对比分析决策元的位移、应力、塑性区分布及工程量,计算得到了综合效果测度值,并据此确定了各围岩级别下的最优断面形状:Ⅲ级围岩采用直墙拱形断面,Ⅳ级与Ⅴ级围岩采用带仰拱的曲墙形断面。(2)归纳总结地下硐室破坏机制研究成果,提出了压力拱和双滑裂面楔形体组合作用的破坏机制,推导了围岩压力计算公式,与工程实测数据进行了对比,计算结果误差在30%以下;建立荷载-结构模型,采用本文提出的围岩压力计算公式,确定了Ⅳ级和Ⅴ级围岩实验大厅衬砌的合理厚度分别为40 cm和70 cm。(3)制定Ⅳ级、Ⅴ级围岩条件下正交试验设计方案,以结构位移为评价指标,对喷层厚度、锚索长度及预应力、锚杆长度等因素进行支护参数优化,绘制了因素指标趋势图,确定了主次顺序,并对评价指标极差大的主要因素进行回归组合设计,拟合得到了回归方程,根据回归方程确定了主要因素的支护参数。(4)建立三维模型模拟施工过程,详细对比分析不同围岩级别下不同开挖工法施工时地下洞室周边围岩产生的位移、应力和塑性区分布等几项指标,并综合考虑施工进度,确定了合适的开挖工法:Ⅲ级围岩使用两侧导洞先行中部扩挖的台阶法,Ⅳ级围岩使用双侧壁导坑法,Ⅴ级围岩使用双侧壁CRD法。

关键词：超大断面地下硐室断面优选破坏机制围岩压力支护参数优化开挖工法

地铁隧道下穿既有建筑桩基础施工关键技术研究

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地铁隧道下穿既有建筑桩基础施工关键技术研究

作者：汪鑫西安工业大学

学位级别：硕士

地铁是缓解大城市地面交通堵塞问题的有效方式,随着我国城市化进程的进一步加快,全国30多个城市的地铁得到了迅猛发展。然而城市地铁隧道工程埋深浅,围岩软弱,临近周边建筑物等特点决定了施工过程中可能会对周边建筑物产生一定的影响,... 详细信息

地铁是缓解大城市地面交通堵塞问题的有效方式,随着我国城市化进程的进一步加快,全国30多个城市的地铁得到了迅猛发展。然而城市地铁隧道工程埋深浅,围岩软弱,临近周边建筑物等特点决定了施工过程中可能会对周边建筑物产生一定的影响,有时会影响周边既有建筑的正常使用,甚至严重威胁周边既有建筑物和人员安全。因此,本文针对城市地铁隧道下穿既有建筑时容易出现的工程问题,采用理论分析、数值模拟和现场实测等方法对地铁隧道下穿既有建筑的施工关键技术进行深入研究是非常必要的。具体研究内容和结果如下:(1)针对地铁隧道在施工时极易对地表造成较大的变形,本文通过线性回归的方法对地表沉降实测数据进行拟合分析,通过引入桩基础对地表沉降的影响系数和沉降槽宽度修正系数对公式进行修正,并提出了适用于该地铁隧道的横向地表沉降预测的修正Peck公式。并将修正系数上下限值带入公式绘制出曲线和麓山大道～沈阳路区间内的断面监测数据对比分析,结果显示大多数断面的监测数据落在曲线区间内,证明了修正后Peck公式的可行性。(2)依托成都地铁下穿搅拌站工程,通过有限元数值模拟软件分别建立四种开挖工法下隧道-桩基础模型,对地铁隧道施工工法进行模拟分析。结果表明:双侧壁导坑法开挖隧道对隧道围岩和桩基础的影响最小,但是考虑到其施工成本高、施工工期长以及控制围岩变形并没有特别突出的优势;CD法和CRD法在成本和控制围岩变形方面与双侧壁导坑法特征相近,且工序繁琐,尤其考虑到施工成本问题,采用环形开挖预留核心土法施工更为合理。(3)针对上述成都地铁隧道-桩基础模型,对隧道开挖进尺和上台阶开挖长度进行了优化。从围岩应力、围岩位移、围岩塑性区和支护结构应力几个方面展开分析可见,隧道开挖进尺越大对隧道施工安全不利,但开挖进尺太小会使得施工速度较慢,进尺为1m和1.5m时施工效果较为相近,最终选择开挖进尺为1.5m更有利于施工工期。此外,通过研究上台阶开挖长度对围岩稳定性以及周边建筑物的影响,并综合考虑诸多影响因素,得出上台阶开挖长度选择9m最为合理。(4)通过对地表沉降现场监测值分析,得出地表沉降最大值出现在隧道正上方,地表沉降随着监测点与隧道中心线的距离增加而逐渐减少,隧道施工引起的地表沉降大致呈高斯函数分布,且实测值与Peck公式拟合曲线接近。通过分析得出地表沉降理论值和实测值误差较小,证明该理论预测模型是合理可靠的。并将优化后的数值模拟值和实测值对比分析,得出9个监测点的平均误差较小,进一步说明本文提出的数值模型是合理可行的。

关键词：地铁隧道既有建筑桩基础地表沉降开挖工法参数优化

浅埋大断面黄土隧道下穿高速公路的地表沉降控制研究

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浅埋大断面黄土隧道下穿高速公路的地表沉降控制研究

作者：王伟北京交通大学

学位级别：硕士

黄土因其具有特殊的成分和性质而在工程地质中占据特殊的地位，其工程特征表现出与普通岩石隧道相当大的差异。郑州至西安铁路客运专线黄土隧道特征最具典型性，围岩属V级Q3新黄土，同时具有埋深浅、断面大、下穿高速公路段多等特点，... 详细信息

黄土因其具有特殊的成分和性质而在工程地质中占据特殊的地位，其工程特征表现出与普通岩石隧道相当大的差异。郑州至西安铁路客运专线黄土隧道特征最具典型性，围岩属V级Q3新黄土，同时具有埋深浅、断面大、下穿高速公路段多等特点，这就提出了如何解决浅埋大断面黄土隧道下穿高速公路的开挖方式、支护方式、地表沉降控制等问题。本文在广泛研究中外文献的基础上，探讨了应用超前支护有效控制浅埋大断面黄土隧道下穿高速公路地表沉降的机理。以围岩与支护结构物的相互作用理论为基础，综合分析了隧道、管棚、注浆与其它辅助支护结构协调作用。应用***解析法对浅埋大断面黄土隧道下穿高速公路的地表沉降进行了预估。应用FLAC与ANSYS数值模拟软件，在不同开挖工法、不同开挖进尺、不同管棚注浆预支护设计参数、不同超前支护形式、不同初期支护弹性模量条件下，对浅埋大断面黄土隧道下穿高速公路应用管棚注浆超前支护有效控制地表沉降效果进行了模拟，对地表沉降、拱顶沉降、围岩支护变形等进行分析与优化，得出了管棚超前支护技术设计参数、合理安全的开挖工法。以郑西铁路客运专线上的阌乡隧道为例，以预估结果和数值计算结果，与现场量测资料进行对比分析，不仅达到了预期效果，而且验证了理论预测方法的正确性与可行性，研究了管棚注浆超前支护有效控制地表沉降的规律，得出了黄土隧道地表沉降控制标准，为以后类似工程的分析、设计与施工提供了经验。

关键词：控制标准地表沉降黄土隧道客运专线数值模拟超前支护下穿开挖工法

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复杂软岩隧道洞口段围岩及边仰坡稳定性研究

复杂软岩隧道洞口段围岩及边仰坡稳定性研究

作者：明涛重庆交通大学

学位级别：硕士

隧道洞口段开挖受其地质条件、开挖工法及外部因素等的影响,在隧道施工开挖过程中围岩稳定性较洞身段差,易发生地表开裂塌陷,边仰坡崩塌、滑坡等灾害,故常作为整座隧道施工过程中的控制工程。软岩隧道洞口段更是如此,因此分析软岩隧道... 详细信息

隧道洞口段开挖受其地质条件、开挖工法及外部因素等的影响,在隧道施工开挖过程中围岩稳定性较洞身段差,易发生地表开裂塌陷,边仰坡崩塌、滑坡等灾害,故常作为整座隧道施工过程中的控制工程。软岩隧道洞口段更是如此,因此分析软岩隧道洞口段开挖过程中围岩及边仰坡的稳定性既具有理论价值,又具有积极的现实意义。本文依托渝长高速扩能改造项目唐家嘴隧道出口段,采用理论研究和有限元数值模拟,再结合现场监测数据,对软岩隧道洞口段开挖工法和雨水入渗耦合作用下的围岩及边仰坡的稳定性进行了分析,主要研究内容如下:（1）详细总结了软岩定义的发展历程和隧道工程中软弱围岩的分级,分析了软岩的地质特征和力学特征及软弱围岩隧道洞口段各开挖工法下的变形规律,得出:（1）各工况的围岩变形均较大,隧道断面关键点竖向位移属拱顶下沉和仰拱中心隆起最大;（2）双侧壁导坑法拱顶下沉和周边收敛最小,CD法的仰拱隆起最小;（3）双侧壁导坑法和CD法优于环形开挖预留核心土法和三台阶法。（2）基于饱和—非饱和渗流的基本理论,通过数值模拟分析了土质边坡降雨入渗作用下的稳定性,得出:随着降雨强度和持续时间的增加,安全稳定系数逐渐减小,塑性区由坡脚位置逐步向坡顶发展,形成贯通的塑性剪切面而造成边坡失稳。（3）通过数值模拟分析,结合现场监测数据,分析了唐家嘴隧道出口段CD法开挖和雨水入渗耦合作用下的稳定性,得出:（1）最大拱顶下沉所在断面与掌子面之间的距离约为开挖跨径的0.67倍,约为开挖净高的0.98倍;（2）最大仰拱隆起所在断面与掌子面之间的距离约为开挖跨径的0.11倍,约为开挖净高的0.16倍,即近掌子面处仰拱隆起较大;（3）最大上测线周边收敛所在断面与掌子面之间的距离约为开挖跨径的0.56倍,约为开挖净高的0.81倍;最大下测线周边收敛所在断面与掌子面之间的距离约为开挖跨径的0.45倍,约为开挖净高的0.65倍,故上述断面在开挖过程中应予以重点关注;（4）进洞后,洞口边仰坡各向位移值均较小,在200mm/d的降雨持续作用48h后,洞内围岩虽出现了明显突变增大的位移,但处于基本稳定状态,这表明CD法和喷混支护对边仰坡的稳定起到了一定作用。

关键词：软岩边仰坡开挖工法雨水入渗稳定性