本文關(guān)鍵詞：昔格達(dá)組地層大斷面隧道變形規(guī)律及結(jié)構(gòu)受力特征研究

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【摘要】：昔格達(dá)組地層是一種分布于我國西南地區(qū)的河湖相沉積半成巖,水穩(wěn)性差,遇水易泥化、崩解,強(qiáng)度大幅度降低。在隧道開挖過程中易產(chǎn)生圍巖大變形,初期支護(hù)結(jié)構(gòu)開裂、掉塊、坍塌冒頂?shù)葹?zāi)害事故。因此,在該地層中進(jìn)行大斷面交通隧道建設(shè),面臨著一系列亟待解決的問題。比如昔格達(dá)組地層圍巖變形規(guī)律；圍巖壓力分布規(guī)律；二次襯砌分擔(dān)圍巖壓力的比例范圍；支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度安全性；施工工法和圍巖強(qiáng)度劣化對(duì)昔格達(dá)組地層大斷面隧道圍巖變形、支護(hù)結(jié)構(gòu)受力的影響；圍巖變形的控制措施等。因此,本文以改建鐵路成都至昆明線米易至攀枝花段MPZQ-2標(biāo)段桐梓林隧道為依托,通過文獻(xiàn)調(diào)研、理論分析、室內(nèi)物理力學(xué)特性試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試以及數(shù)值模擬等手段,對(duì)以上問題展開了相關(guān)研究,并得到以下主要研究成果。(1)在昔格達(dá)組土樣室內(nèi)物理力學(xué)特性試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,選取桐梓林隧道進(jìn)口埋深45m范圍內(nèi)五個(gè)監(jiān)測(cè)斷面,測(cè)試隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)變形和受力情況,并結(jié)合數(shù)值模擬方法,研究昔格達(dá)組地層大斷面隧道圍巖變形規(guī)律和支護(hù)結(jié)構(gòu)受力特征。研究結(jié)果表明：昔格達(dá)組地層大斷面隧道洞周圍巖變形以豎向沉降為主,拱頂沉降超前影響范圍為1.3倍洞徑,水平收斂超前影響范圍為1.7倍洞徑；隧道開挖后拱頂沉降預(yù)測(cè)公式U=102.15·exp(-5.33/X,拱腳水平收斂預(yù)測(cè)公式L1=19.55·exp(-7.49/X,墻腰水平收斂預(yù)測(cè)公式L2=17.86·exp(-23.26/X;掌子面后方隧道變形主要受中臺(tái)階開挖的影響；推薦采用《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》來計(jì)算昔格達(dá)組地層大斷面深埋隧道的圍巖壓力；鋼架斷面處二次襯砌分擔(dān)圍巖壓力的比例范圍為37.7%-54.3%,噴射混凝土斷面處二次襯砌分擔(dān)圍巖壓力的比例范圍為39.7%-64.5%；噴射混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)力約為鋼架結(jié)構(gòu)內(nèi)力的1/10。(2)通過數(shù)值仿真模擬,研究不同施工工法對(duì)昔格達(dá)組地層圍巖變形和支護(hù)結(jié)構(gòu)受力的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明：不同施工工法對(duì)昔格達(dá)組地層隧道拱頂沉降影響最大；當(dāng)隧道設(shè)計(jì)預(yù)留變形量為10cm-15cm時(shí),推薦優(yōu)先選擇三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法；當(dāng)隧道設(shè)計(jì)預(yù)留變形量為10cm以內(nèi)時(shí),推薦優(yōu)先選擇CRD法。(3)鑒于昔格達(dá)組地層遇水易泥化、崩解、強(qiáng)度大幅度降低等特征,運(yùn)用數(shù)值模擬手段研究昔格達(dá)組地層圍巖強(qiáng)度劣化對(duì)隧道圍巖變形和支護(hù)結(jié)構(gòu)受力的影響。研究結(jié)果表明：隧道開挖輪廓線外0.25倍洞徑范圍內(nèi)圍巖強(qiáng)度,對(duì)于控制昔格達(dá)組地層隧道洞周變形很重要；當(dāng)圍巖強(qiáng)度劣化系數(shù)超過2.0時(shí),隧道圍巖有失穩(wěn)的可能；隧道開挖輪廓線以內(nèi)的圍巖強(qiáng)度對(duì)于控制掌子面擠出變形非常重要；為了有效控制掌子面擠出變形、保障隧道掌子面的穩(wěn)定性,建議將圍巖強(qiáng)度劣化系數(shù)控制在1.5以內(nèi)。(4)采用數(shù)值模擬方法從圍巖預(yù)變形、掌子面擠出變形以及掌子面后方隧道變形三方面,研究了預(yù)襯砌、加固超前核心土、掌子面噴射混凝土、改善噴射混凝土性能、優(yōu)化鋼架間距等措施,對(duì)昔格達(dá)組地層大斷面隧道圍巖變形的控制效果；并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,總結(jié)了昔格達(dá)組地層隧道災(zāi)變應(yīng)對(duì)措施。
【關(guān)鍵詞】：昔格達(dá)組地層 大斷面隧道 變形規(guī)律 受力 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè) 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U451
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-25
• 1.1 問題的提出及研究意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 昔格達(dá)組地層研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 層狀圍巖隧道變形規(guī)律研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.3 支護(hù)結(jié)構(gòu)作用機(jī)理研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3 依托工程背景17-22
• 1.3.1 隧道概況17-18
• 1.3.2 地形及地質(zhì)概況18-19
• 1.3.3 氣象特征19-20
• 1.3.4 支護(hù)設(shè)計(jì)與施工方法20-21
• 1.3.5 依托工程重難點(diǎn)21-22
• 1.4 研究?jī)?nèi)容和方法22-25
• 1.4.1 研究?jī)?nèi)容22
• 1.4.2 研究方法22-23
• 1.4.3 技術(shù)路線23-25
• 第2章 昔格達(dá)組地層隧道試驗(yàn)段現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)25-40
• 2.1 監(jiān)測(cè)目的25
• 2.2 監(jiān)測(cè)內(nèi)容及方法25-28
• 2.2.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容25-26
• 2.2.2 測(cè)點(diǎn)布置26
• 2.2.3 監(jiān)測(cè)方法26-28
• 2.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析28-38
• 2.3.1 隧道拱頂沉降分析28-29
• 2.3.2 隧道水平收斂分析29-33
• 2.3.3 圍巖壓力分布規(guī)律33-36
• 2.3.4 次襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析36-38
• 2.4 本章小結(jié)38-40
• 第3章 昔格達(dá)組地層隧道變形及受力特征研究40-66
• 3.1 計(jì)算模型及參數(shù)40-42
• 3.1.1 計(jì)算假定40-41
• 3.1.2 計(jì)算模型41-42
• 3.1.3 計(jì)算參數(shù)42
• 3.2 昔格達(dá)組地層隧道圍巖變形規(guī)律42-50
• 3.2.1 隧道拱頂沉降規(guī)律42-44
• 3.2.2 隧道洞內(nèi)水平收斂規(guī)律44-46
• 3.2.3 隧道掌子面擠出變形規(guī)律46-50
• 3.3 昔格達(dá)組地層隧道圍巖壓力分布規(guī)律50-58
• 3.3.1 隧道圍巖壓力計(jì)算方法50-54
• 3.3.2 隧道圍巖壓力數(shù)值模擬結(jié)果54-56
• 3.3.3 隧道圍巖壓力計(jì)算圖式56-58
• 3.4 昔格達(dá)組地層隧道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)受力分析58-61
• 3.4.1 初期支護(hù)結(jié)構(gòu)受力時(shí)空效應(yīng)分析58-60
• 3.4.2 初期支護(hù)結(jié)構(gòu)安全性分析60-61
• 3.5 昔格達(dá)組地層隧道二次襯砌結(jié)構(gòu)受力分析61-64
• 3.5.1 二次襯砌分擔(dān)圍巖壓力比例分析61-63
• 3.5.2 二次襯砌結(jié)構(gòu)受力及安全性分析63-64
• 3.6 本章小結(jié)64-66
• 第4章 昔格達(dá)組地層隧道變形及結(jié)構(gòu)受力影響因素分析66-94
• 4.1 施工工法對(duì)隧道圍巖變形及支護(hù)結(jié)構(gòu)受力的影響66-80
• 4.1.1 隧道洞周圍巖變形分析67-68
• 4.1.2 隧道掌子面擠出變形分析68-72
• 4.1.3 初期支護(hù)結(jié)構(gòu)受力分析72-76
• 4.1.4 二次襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析76-80
• 4.2 圍巖強(qiáng)度劣化對(duì)隧道圍巖變形及支護(hù)結(jié)構(gòu)受力的影響80-92
• 4.2.1 隧道洞周圍巖變形分析80-83
• 4.2.2 隧道掌子面擠出變形分析83-84
• 4.2.3 初期支護(hù)結(jié)構(gòu)受力分析84-88
• 4.2.4 二次襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析88-92
• 4.3 本章小結(jié)92-94
• 第5章 昔格達(dá)組地層大斷面隧道圍巖變形控制措施94-111
• 5.1 掌子面前方圍巖預(yù)變形控制措施94-96
• 5.1.1 控制掌子面前方圍巖預(yù)變形的方法94-95
• 5.1.2 預(yù)襯砌法支護(hù)效果分析95-96
• 5.2 掌子面擠出變形控制措施96-99
• 5.2.1 控制掌子面擠出變形的方法96-97
• 5.2.2 加固超前核心土控制效果分析97-98
• 5.2.3 掌子面噴射混凝土控制效果分析98-99
• 5.3 掌子面后方隧道變形控制措施99-103
• 5.3.1 控制掌子面后方隧道變形的方法99-100
• 5.3.2 不同鋼架間距控制效果分析100-102
• 5.3.3 不同噴射混凝土性能控制效果分析102-103
• 5.4 昔格達(dá)組地層隧道災(zāi)變應(yīng)對(duì)措施103-109
• 5.4.1 隧道塌方冒頂103-106
• 5.4.2 隧道基底泥化106-108
• 5.4.3 支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)108-109
• 5.5 本章小結(jié)109-111
• 結(jié)論與展望111-115
• 結(jié)論111-114
• 展望114-115
• 致謝115-116
• 參考文獻(xiàn)116-121
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果121

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