【摘要】：引漢濟渭秦嶺輸水隧洞穿越秦嶺造山帶,因超長而跨越主要構造單元,因埋深大而面臨高地應力條件,加之秦嶺造山帶的多期造山運動過程,因此隧洞工程地質環(huán)境復雜多變,嶺北TBM施工段屬于千枚巖段,總長度16.59km,根據(jù)工程經(jīng)驗預計會發(fā)生圍巖大變形。從整體上把握隧洞地質環(huán)境特征,對圍巖進行收斂和圍巖壓力監(jiān)測,分析其規(guī)律性,對圍巖支護方式和時機選擇具有重要意義。論文具有明顯的工程應用價值。(1)梳理了圍巖隧洞大變形機理和支護方式研究,秦嶺造山帶已建隧洞工程地質和圍巖特性研究的主要成果。圍巖大變形的成因主要來自圍巖自承能力不足或膨脹巖石，剛柔聯(lián)合支護是其主要支護方式,嶺北TBM施工段圍巖工程特性是圍巖收斂和圍巖壓力表現(xiàn)的內在原因,傳統(tǒng)的工程地質分析方法解釋圍巖工程特性難度較大,需要發(fā)展新的工程地質分析思路。(2)首次將以板塊構造為核心的秦嶺造山帶理論研究成果應用于秦嶺隧洞圍巖地質環(huán)境研究中�？紤]了隧洞圍巖宏觀構造特征、細觀組構特征、變質程度的劃分、是否發(fā)育流動構造等因素,在構造層次理論基礎上,將隧洞圍巖劃分為8個區(qū)段,從根本上把握了隧洞的工程地質條件。嶺北TBM施工段圍巖基本特性是:屬于中層次構造,埋深大,屬于高應力區(qū)。千枚巖面理與隧洞走向垂直或大角度相交,有利于圍巖穩(wěn)定。千枚巖強度大,不易發(fā)生圍巖大變形。局部節(jié)理發(fā)育帶或涌水帶圍巖穩(wěn)定性差,需加強支護或預支護。(3)選取若干典型斷面進行圍巖收斂和圍巖壓力監(jiān)測,并恢復收斂損失。得到全收斂值。5號支洞最大水平收斂和拱頂相對沉降值分別為33.84mm和19.68mm。左右拱腰和拱頂壓力監(jiān)測最大值為0.31MPa、0.53MPa和0.43MPa.TBM主潤k56+926.5處最大水平收斂和拱頂相對沉降值為53.68mm和6.09mm:TBM主洞k56+963.62處,最大水平收斂和拱頂沉降值為60.01mm和6.28mm。與《噴射混凝土技術規(guī)范》(GB50086-2001)的相對位移比較,圍巖均處于穩(wěn)定狀態(tài)。采用工程類比法,判定監(jiān)測段均未發(fā)生大變形。圍巖未發(fā)生大變形的原因是:巖石屬于較硬巖或堅硬巖,巖體相對完整,粒狀礦物含量多,高應力下圍巖發(fā)生彎折破壞,沿結構面未發(fā)生滑移。(4)嶺北TBM施工段圍巖破壞方式主要是拱頂脆性彎折破壞,主要位于本段南部隧洞。表現(xiàn)為TBM掘進后洞壁拱頂附近20～50cm厚度范圍內圍巖破碎,出現(xiàn)拱頂部位的圍巖彎折內鼓破壞現(xiàn)象,掉塊現(xiàn)象嚴重。分析其成因,認為是高地應力引起的拱頂附近因巖石抗拉強度不足發(fā)生的彎折破壞現(xiàn)象。因碎塊體積小,數(shù)量多,建議采用鋼筋排結合鋼拱架支護技術,效果很好。本文提出了以板塊構造為核心的秦嶺造山帶理論研究成果在秦嶺隧洞圍巖工程特性應用的具體實施方法,即通過一級決定因素和二級決定因素,層層逼近圍巖工程特性的研究尺度,完成了大尺度、小比例尺、精度低的造山帶理論研究成果向工程應用尺度的轉化,具有創(chuàng)新性。
【圖文】：

目前我國修筑的隧洞工程會因復雜的地質環(huán)境和便利交通的要求而變得越長越大，如今從常見的百米埋深隧洞，已經(jīng)發(fā)展到越來越多埋深至上千米的隧洞，許多體現(xiàn)在與礦產資源開采和地下能源開發(fā)相關的工程中。隨著隧洞不斷增加開挖深度，相應的工程災害也日趨增加，這將對深埋隧洞的穩(wěn)定性產生巨大的威脅，比如常出現(xiàn)軟巖大變形、軟巖流變、突涌水、高巖溫、高地應力巖爆等問題。因此，深埋隧洞在開挖過程中所產生的工程地質問題越來越被國內外專家所研究重視。國內外在修建的許多隧洞中，一部分可能面臨軟弱圍巖環(huán)境。當在此類工程地質環(huán)境中施工時，特別對于埋深很大的隧洞會經(jīng)常遇到圍巖大變形工程問題。如在建成惠那山隧洞（埋深約 400m，日本）中，當隧洞開挖后，由于圍巖軟弱圍巖頂部沉降量達到 43-94cm。已建成的木寨嶺公路隧道（埋深約 120m，中國甘肅），圍巖環(huán)境屬于碳質板巖混合泥巖，隧道在施工時，頂部沉降量嚴重區(qū)域已經(jīng)達到 155cm，見圖 1-1。對于具有典型工程意義的烏鞘嶺鐵路隧道【1-2】（中國蘭武二線），由于巖性軟弱，在地應力較高段進行施工時，監(jiān)測出高達 105cm 的隧洞頂部沉降，見圖 1-2。軟巖大變形是一種危害性比較大的工程地質問題，它容易給施工帶來諸多不便、損傷工程設備、增加項目成本、造成工期耽擱等諸多問題，因此對軟巖隧洞大變形預測及控制課題的研究應刻不容緩。

目前我國修筑的隧洞工程會因復雜的地質環(huán)境和便利交通的要求而變得越長越大，如今從常見的百米埋深隧洞，已經(jīng)發(fā)展到越來越多埋深至上千米的隧洞，許多體現(xiàn)在與礦產資源開采和地下能源開發(fā)相關的工程中。隨著隧洞不斷增加開挖深度，相應的工程災害也日趨增加，這將對深埋隧洞的穩(wěn)定性產生巨大的威脅，比如常出現(xiàn)軟巖大變形、軟巖流變、突涌水、高巖溫、高地應力巖爆等問題。因此，深埋隧洞在開挖過程中所產生的工程地質問題越來越被國內外專家所研究重視。國內外在修建的許多隧洞中，一部分可能面臨軟弱圍巖環(huán)境。當在此類工程地質環(huán)境中施工時，特別對于埋深很大的隧洞會經(jīng)常遇到圍巖大變形工程問題。如在建成惠那山隧洞（埋深約 400m，日本）中，當隧洞開挖后，由于圍巖軟弱圍巖頂部沉降量達到 43-94cm。已建成的木寨嶺公路隧道（埋深約 120m，中國甘肅），圍巖環(huán)境屬于碳質板巖混合泥巖，隧道在施工時，頂部沉降量嚴重區(qū)域已經(jīng)達到 155cm，，見圖 1-1。對于具有典型工程意義的烏鞘嶺鐵路隧道【1-2】（中國蘭武二線），由于巖性軟弱，在地應力較高段進行施工時，監(jiān)測出高達 105cm 的隧洞頂部沉降，見圖 1-2。軟巖大變形是一種危害性比較大的工程地質問題，它容易給施工帶來諸多不便、損傷工程設備、增加項目成本、造成工期耽擱等諸多問題，因此對軟巖隧洞大變形預測及控制課題的研究應刻不容緩。
【學位授予單位】：西安理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TV554

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本文編號：2654232