学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

龙泉寺隧道稳定性分析及施工技术研究

作　者: 张志青
导　师: 宋选民
学　校: 太原理工大学
专　业: 采矿工程
关键词: 龙泉寺隧道工程围岩隧道稳定性数值模拟超前地质预报
分类号: U455.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 75次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

隧道建造中,因隧道工程施工的人为扰动对天然岩体造成了影响,并使天然应力场发生了改变,导致隧道周围围岩应力的自协调和重新分布,形成二次应力场,其间伴随着围岩近场应力的转移,当某个时段此应力场的最大峰值应力超过围岩自身的强度时,将造成隧道工程岩体的持续变形和破坏,而局部的破坏可能导致工程岩体破坏的连锁反应,最终造成围岩的结构性破坏以致失稳,给隧道的施工和正常运营带来巨大的危害和经济损失。在现场调研和综合分析工程地质勘察资料的基础上,本论文基于国内外先进的隧道支护理论和技术,通过现场观测、分析工程地质构造,查明隧道围岩的工程特征,确定岩体的分级指数,并利用理论分析和数值计算设计手段,对龙泉寺隧道的施工方案与施工步骤进行优化,同时采用超前预报手段对隧道的稳定性进行超前地质预报,以便完善和改进隧道支护设计,确保隧道工程掘进与支护的顺利施工论文的主要研究成果有如下几点：1)分析勘察资料,研究影响龙泉寺隧道稳定性的主要因素,通过野外现场勘测地质条件,了解隧道区域内的交通、水文以及地质构造等信息；2)利用定量和定性分析法对龙泉寺隧道围岩进行分级与质量评价,根据分析结果,龙泉寺隧道围岩划分为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ三个大级。其中,111级又分为Ⅲ1和Ⅲ2,对应的施工和支护分别为：全断面爆破+喷混凝土支护、全断面爆破+根据现场情况控制进尺并喷锚支护；Ⅳ级又分为Ⅳ1、Ⅳ2和Ⅳ3,对应的施工和支护分别为：采用两台阶法开挖+超前锚杆预支护、采用三台阶法开挖+超前小导管注浆、采用三台阶预留核心土方法开挖+超前小导管注浆+掌子面超前注浆；V级又分为V1和V2,对应的施工和支护分别为：采用三台阶预留核心土方法开挖+加大钢拱架尺寸+超前小导管注浆(必要时双层)+掌子面超前注浆+喷射高强度混凝土、采用三台阶预留核心土方法开挖+超前小导管注浆(双层)+掌子面超前注浆,必要时周边注浆,喷射钢纤维混凝土。3)利用数值计算技术分析隧道黄土段各种施工方式对隧道的稳定性影响,研究结果表明：在围岩位移方面短台阶七步法>CRD法>双侧壁法,从控制结构强度方面来看,双侧壁法>短台阶七步法>CRD法,在隧道的拱脚和墙脚处结构的弯矩较大,结构安全性较低。三种施工方法中隧道的变形主要发生在各个部位的开挖中,隧道仰拱施工完成后,隧道断面的变形与下沉基本保持不变。4)根据研究成果确定隧道施工的具体方案、步骤及相关施工细节,施工总体方案为：洞口场地开挖完成后,砌筑洞顶截排水沟,根据情况进行洞顶地表加固,开挖洞口土石方；运用预报成果数据实现隧道动态设计及施工,针对不良地质地段及断层破碎带采用超前预支护；隧道洞门采用明挖法,V级、Ⅳ级围岩段采用三台阶法施工,Ⅲ级、Ⅱ级围岩段采用台阶法施工,隧道采用钻爆法施工,各初期支护喷射混凝土采用C25混凝土。5)通过对掌子面地质素描、地质雷达与TSP超前地质预报相结合方法对掌子面前方地质情况进行预报研究。研究发现：掌子面(DK21+077)前方130米范围内下伏为强风化蚀变安山岩,岩体破碎,呈碎石状,松散结构、节理裂隙发育,软塑体状结构,岩体受构造影响,局部为土状或软塑体,易发生掉块、塌落现象。DK17+538-+569段围岩软硬互层,岩体破碎,局部夹软弱夹层、局部有渗水。并建议此地质段加强初期支护强度,并打设锁脚锚杆。

全文目录

摘要  3-6
ABSTRACT  6-12
第一章绪论  12-24
  1.1 论文选题及意义  12
  1.2 隧道稳定性研究及发展现状  12-21
    1.2.1 隧道稳定性研究现状  13-14
    1.2.2 隧道围岩本构模型研究现状  14-15
    1.2.3 隧道围岩稳定性数值模拟的研究现状  15-16
    1.2.4 隧道施工地质预测理论研究现状  16-19
    1.2.5 隧道施工地质预测技术研究现状  19-21
  1.3 隧道围岩稳定性研究和龙泉寺隧道建造施工过程中存在的主要问题  21-22
    1.3.1 隧道围岩稳定性研究的存在问题  21-22
    1.3.2 龙泉寺隧道工程施工中需要解决的主要问题  22
  1.4 研究技术路线  22-24
第二章新奥法及设计与施工一体化的理论基础  24-42
  2.1 新奥法的设计方法  24-26
    2.1.1 工程类比法  24
    2.1.2 现场监控量测法  24-25
    2.1.3 理论计算验算法  25-26
  2.2 拱形隧道破坏特征的数值模拟  26-29
    2.2.1 数值计算的理论基础  26-27
    2.2.2 数值计算的结果分析  27-29
  2.3 龙泉寺隧道围岩分类  29-39
    2.3.1 围岩亚分级定性方法  31-35
    2.3.2 岩质围岩亚级定量修正方法  35-36
    2.3.3 施工阶段岩质围岩亚级分级的数量化理论方法  36-37
    2.3.4 围岩亚级分级判别流程  37-38
    2.3.5 龙泉寺围岩亚分级的施工现场判断和对应施工方法  38-39
  2.4 龙泉寺隧道围岩压力计算  39-41
  2.5 本章小结  41-42
第三章龙泉寺隧道土层稳定性的数值模拟研究  42-58
  3.1 龙泉寺隧道的施工工法选择  42-43
  3.2 短台阶七步法优化  43-47
    3.2.1 短台阶七步开挖法施工  43
    3.2.2 三台阶七步法数值模拟  43-47
  3.3 CRD工法优化  47-51
    3.3.1 CRD法施工  47-48
    3.3.2 CRD法开挖模拟  48-51
  3.4 双侧壁导坑法优化  51-56
    3.4.1 双侧壁法施工工序  51-52
    3.4.2 双侧壁导坑法数值模拟  52-56
  3.5 工法比较分析  56-57
    3.5.1 模拟结果比较  56
    3.5.2 资源配置比较  56
    3.5.3 施工进度比较  56-57
    3.5.4 监控量测结果比较  57
  3.6 本章小结  57-58
第四章龙泉寺隧道的主要施工方案、施工方法  58-110
  4.0 工程地质条件  58-60
    4.0.1 地形地貌  58
    4.0.2 地质条件  58-60
    4.0.3 不良地质  60
  4.1 龙泉寺隧道工程概况  60-62
    4.1.1 隧道限界及断面尺寸  61
    4.1.2 隧道主体结构设计  61-62
  4.2 施工方案  62-108
    4.2.1 施工总体方案  62-63
    4.2.2 不良和特殊地质的施工方案  63-64
    4.2.3 施工组织安排  64-65
    4.2.4 施工方法、工艺  65-107
    4.2.5 不良地质段施工技术措施  107-108
  4.3 本章小结  108-110
第五章龙泉寺隧道的超前地质预报  110-116
  5.1 工作概况  110
  5.2 地质调查、地质分析  110
  5.3 预报方法和原理  110-112
  5.4 TSP探测成果  112-113
  5.5 施工过程中遇到的问题与施工方案修正  113-114
    5.5.1 施工过程中遇到的问题及原因  113-114
    5.5.2 施工方案的调整  114
  5.6 结论与建议果  114-116
第六章论文研究结论与展望  116-118
  6.1 论文主要研究结论  116-117
  6.2 论文的不足与今后进一步的研究工作  117-118
参考文献  118-122
致谢  122-123
攻读硕士学位期间发表的学术论文及参加的科研项目  123

龙泉寺隧道稳定性分析及施工技术研究

内容摘要

全文目录

相似论文