本文選題：飽和軟黃土　切入點(diǎn)：大斷面隧道　出處：《北京交通大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著國(guó)內(nèi)高速鐵路的快速發(fā)展,隧道開挖斷面也不斷增大,而富水大斷面黃土隧道,由于土體強(qiáng)度低,變形大,自承能力小;且在受水的影響十分強(qiáng)烈,一旦被水浸泡,黃土強(qiáng)度驟減將誘發(fā)初期支護(hù)沉降變形過大,圍巖長(zhǎng)時(shí)間難于穩(wěn)定等問題。如何在富水大斷面黃土隧道施工中,尋求一套科學(xué)、安全、快速的施工方法成為目前亟待解決的問題。論文針對(duì)鄭西鐵路客運(yùn)專線張茅隧道開挖斷面大、富水飽和、黃土遇水成泥、沉降變形大、易塌方、工程地質(zhì)復(fù)雜等特點(diǎn),為實(shí)現(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、快速施工的目的,進(jìn)行了富水黃土大斷面隧道圍巖變形規(guī)律及其施工控制方法的研究。(1)對(duì)張茅隧道的近飽和黃土地層的工程性質(zhì)進(jìn)行了調(diào)查、測(cè)試和分析研究,張茅隧道洞身主要為第四系中更新統(tǒng)(Q2)老黃土,以黏質(zhì)黃土為主,含水量高達(dá)20%,飽和度達(dá)92%,具有弱～中膨脹性,屬Ⅳb級(jí)圍巖,且隧道開挖跨度大、斷面大,施工難度遠(yuǎn)大于修建同類型的一般黃土隧道,必須采取合理有效的施工方法和工程措施。在富水黃土地層中開挖隧道后,由于黃土的崩解性、濕陷性和弱膨脹性,在富水的作用下,土體開挖后會(huì)迅速崩解,強(qiáng)度驟然降低,圍巖自穩(wěn)能力極大消減;隧道開挖后土體容易順著節(jié)理脹松或剪斷,出現(xiàn)片幫和頂部塌方;選擇合理的開挖方法是確保此類地質(zhì)條件的大斷面隧道安全的保障。(2)通過對(duì)CD法、CRD法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和三臺(tái)階七步開挖法的比較分析,得到了三臺(tái)階七步開挖法的變形值略大于CRD法和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法,但三臺(tái)階七步開挖法進(jìn)度快,并有利于隧道盡早閉合。(3)采用三維數(shù)值方法模擬分析了隧道開挖支護(hù)過程,研究了富水大斷面黃土隧道的開挖過程圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力及變形規(guī)律。結(jié)果表明三臺(tái)階七步開挖法的施工過程,初期支護(hù)拉應(yīng)力集中主要發(fā)生在拱腳和拱頂;壓應(yīng)力集中主要發(fā)生在拱頂和邊墻、墻腳;初支型鋼鋼架各控制點(diǎn)內(nèi)、外側(cè)應(yīng)力最大值為-127.07MPa;初期支護(hù)拱頂沉降不大,最終拱頂沉降值約為50.2mm,拱頂沉降收斂距離約在2D左右;初期支護(hù)水平位移量值小,其中拱腳處水平位移最終值為6.3mm,邊墻中部為10.5mm,邊墻底部為10.1mm;拱腳處水平相對(duì)位移的收斂距離約在1.5D左右,邊墻中部以及底部的水平位移收斂較快,收斂距離約在1D左右;(4)選擇典型斷面進(jìn)行了隧道開挖支護(hù)過程中圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力和變形的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及規(guī)律研究,從現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來看,初支變形不大,并在初支封閉后很快趨于穩(wěn)定,而且初支的應(yīng)力及圍巖壓力也都較小,說明了三臺(tái)階七步開挖法適用于富水老黃土地層的大跨隧道施工。(5)在數(shù)值分析規(guī)律研究和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的基礎(chǔ)上,研究提出了張茅隧道施工圍巖變形控制的基本技術(shù)方法,三臺(tái)階七步開挖法開挖施工中的基本技術(shù)參數(shù)為:上臺(tái)階3m～5m,中、下臺(tái)階4m～6m,上臺(tái)階不小于寬度的0.3倍,臺(tái)階錯(cuò)臺(tái):2～3m;上臺(tái)階進(jìn)尺不宜大于0.8～1.0m,中、下層臺(tái)階進(jìn)尺不宜大于1.5m,仰供一次開挖施做初支護(hù)的長(zhǎng)度不宜大于2～3m;通過留核心土、開挖面初噴3～5cm混凝土、設(shè)置超前小導(dǎo)管技術(shù)有效控制掌子面的穩(wěn)定;通過設(shè)置大拱腳、鎖腳錨桿技術(shù)控制整體沉降;施工中仰拱必須及時(shí)封閉,封閉距離為30～35m,封閉時(shí)間宜控制在15天左右;(6)研究了隧道底板的變形控制水泥擠密樁處理技術(shù),隧道地基處理完成后,垂向的地基系數(shù)增加幅度達(dá)178.3%,而隧道拱腳的各項(xiàng)物理性質(zhì)得到了明確的改善,壓縮模量的增加幅度達(dá)343.9%,孔隙比降低幅度最大達(dá)43.4%;靜力觸探和標(biāo)貫值也得到了顯著提高;仰拱的總沉降量?jī)H為80.3mm和77.3mm,預(yù)測(cè)的工后沉降量?jī)H在3mm左右,能滿足工后沉降的要求。(7)仰拱填充面動(dòng)位移隨激振頻率在21Hz之后增長(zhǎng)速率變緩,最大垂直動(dòng)位移約為0.5mm;仰拱填充面最大振動(dòng)速度為1.61mm/s;激振動(dòng)應(yīng)力大小與激振時(shí)間以及激振頻率基本無關(guān),在30kPa激振動(dòng)壓力作用下,仰拱底部實(shí)測(cè)最大動(dòng)應(yīng)力為5.1kPa,僅仰拱填充面激振動(dòng)應(yīng)力的1/6;振動(dòng)速度衰減至0.2mm/s時(shí)的深度為仰拱填充面下約5.9m處;仰拱下黃土圍巖中的最大振動(dòng)速度為1.03mm/s。(8)仰拱回填混凝土中激振應(yīng)變大小隨激振頻率的增加變化不大,可以近似地認(rèn)為與激振頻率無關(guān);在仰拱填充面30kPa激振壓力和激振頻率f=5～27Hz的作用下,隧底超靜水壓幅值很小,約是隧底黃土圍巖中激振動(dòng)應(yīng)力的1/50。(9)激振試驗(yàn)后,激振機(jī)下的隧底土體的每10cm貫入擊數(shù)都在40左右,說明該處富水黃土處于堅(jiān)硬狀態(tài),不存在軟化現(xiàn)象;試驗(yàn)前后級(jí)配曲線沒有明顯變化,特別是激振試驗(yàn)前后的黏粒含量沒有減小,隧底富水黃土土層不存在細(xì)化、泥化現(xiàn)象;基底黃土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c、φ基本沒有變化,激振對(duì)隧底富水黃土抗剪強(qiáng)度沒有影響。(10)提出了富水大斷面黃土隧道施工的變形控制標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)控管理等級(jí),對(duì)類似工程的施工有較大的參考價(jià)值。分析研究了三維激光掃描技術(shù)在黃土隧道圍巖變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用技術(shù)方法。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U455.4

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