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秀宁隧道出口段糜棱岩工程特性及其注浆加固技术研究

作　者: 汪乐
导　师: 李涛
学　校: 北京交通大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 隧道施工糜棱岩注浆加固室内外试验现场监测数值模拟
分类号: U455.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 73次
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内容摘要

摘要：本文依托广昆铁路秀宁隧道出口段的建设,通过一系列室内外试验对隧道出口段VI级糜棱岩的工程特性进行了研究,同时采用现场监测和数值模拟方法对隧道出口试验段的注浆加固技术进行了研究,主要研究内容和结论如下：1.对秀宁隧道出口段的未注浆糜棱岩进行了现场取样,通过室内外的物理、力学试验,得到了糜棱岩的含水量ω、密度ρ、比重Gs、粘聚力c、内摩擦角φ等物理、力学参数,确定了糜棱岩的颗粒组成情况；另外,还对糜棱岩抗剪强度的水稳性进行了试验研究,结果表明,糜棱岩的粘聚力随含水量增加而增大,但内摩擦角相应地减小。2.在秀宁隧道出口试验段施工过程中,对隧道的拱顶沉降和洞周收敛进行了现场监测,同时在隧道的代表性断面安放传感器,对钢拱架内力、喷射混凝土应力、围岩压力、初支与二衬间接触压力等进行了量测。现场监测结果显示,糜棱岩地层经过超前全断面注浆后得到加强,围岩等级有所提高,开挖后能看到明显的浆脉和浆柱,隧道掌子面和周边围岩变形值在允许范围内,支护结构受力状态良好,可正常进行施工。3.利用有限元软件MIDAS/GTS对洞内施工过程进行了数值模拟,其中考虑了超前加固地层和未超前加固地层两种工况。通过对比数值计算结果发现,对糜棱岩地层进行超前预注浆加固后,隧道拱顶沉降、洞周收敛和洞周塑性区范围均大幅度减小,支护受力状态也得到很大改善。4.将现场监测数据与数值计算结果进行对比印证,发现两者吻合度较好,综合分析后可知秀宁隧道出口试验段的注浆加固效果明显,能有效改善糜棱岩的工程性质,提高围岩的稳定性,减小隧道开挖时围岩和支护的变形,并能改善支护结构的受力状态。本文研究表明,全断面超前注浆加固围岩及三台阶七步开挖法可以用于秀宁隧道出口段的施工,使隧道的开挖安全和快速进行。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-12
1 绪论  12-28
  1.1 引言  12-13
  1.2 依托工程背景  13-17
    1.2.1 工程概况  13-14
    1.2.2 出口段地质条件  14-16
    1.2.3 出口段水文条件  16-17
    1.2.4 工程难点  17
  1.3 国内外研究现状  17-27
    1.3.1 糜棱岩的概念及其特性  17-20
    1.3.2 注浆原理  20-25
    1.3.3 注浆法在隧道工程中的应用  25-27
  1.4 研究目的和内容  27-28
    1.4.1 研究目的  27
    1.4.2 研究内容和方法  27-28
2 秀宁隧道出口段糜棱岩物理力学性质研究  28-50
  2.1 现场取样  28
  2.2 物理性质试验  28-34
    2.2.1 含水量试验  28-30
    2.2.2 密度试验  30-33
    2.2.3 比重试验  33-34
    2.2.4 其他物理性质指标  34
  2.3 颗粒分析试验  34-39
  2.4 糜棱岩的抗剪强度试验及其水稳性研究  39-48
    2.4.1 莫尔-库伦强度准则  39-40
    2.4.2 试验目的及方法  40
    2.4.3 试验设备  40-42
    2.4.4 试样制备  42-43
    2.4.6 试验过程  43
    2.4.7 试验成果整理  43-48
  2.5 小结  48-50
3 秀宁隧道出口试验段施工方案及现场监控量测  50-84
  3.1 出口试验段施工方案  50-57
    3.1.1 全断面超前预注浆加固方案  50-53
    3.1.2 开挖支护方案  53-57
  3.2 监控量测目的  57
  3.3 监控量测内容  57-58
  3.4 监控量测方法  58-66
    3.4.1 洞内外观察  58
    3.4.2 洞周围岩位移量测  58-60
    3.4.3 初支钢拱架内力量测  60-61
    3.4.4 初支混凝土应变量测  61-62
    3.4.5 初支与围岩间接触压力量测  62-64
    3.4.6 初支与二衬间接触压力量测  64-65
    3.4.7 二衬钢筋轴力量测  65-66
  3.5 监控量测结果  66-83
    3.5.1 洞内施工情况  66-67
    3.5.2 拱顶沉降  67-70
    3.5.3 周边收敛  70-73
    3.5.4 钢拱架内力  73-76
    3.5.5 喷射混凝土应力  76-78
    3.5.6 初支与围岩间接触压力  78-79
    3.5.7 初支与二衬间接触压力  79-81
    3.5.8 二衬钢筋内力  81-83
  3.6 小结  83-84
4 秀宁隧道出口试验段施工过程的数值模拟  84-110
  4.1 MIDAS/GTS软件简介  84
  4.2 施工过程的数值模拟  84-89
    4.2.1 计算目的  84-85
    4.2.2 计算模型的建立  85-87
    4.2.3 材料参数的选取  87-88
    4.2.4 计算荷载  88
    4.2.5 隧道开挖与支护模拟  88-89
  4.3 超前加固地层计算结果及分析  89-97
    4.3.1 位移变化特征  89-95
    4.3.2 初期支护应力状态  95-96
    4.3.3 塑性区特征  96-97
  4.4 未超前加固地层计算结果及分析  97-104
    4.4.1 位移变化特征  97-103
    4.4.2 初期支护应力变化状态  103-104
    4.4.3 塑性区特征  104
  4.5 围岩注浆加固效果的评估  104-108
    4.5.1 位移结果对比  105-107
    4.5.2 应力结果对比  107
    4.5.3 塑性区特征对比  107
    4.5.4 注浆加固效果的评估  107-108
  4.6 小结  108-110
5 结论与展望  110-112
  5.1 主要研究结论  110-111
  5.2 展望  111-112
参考文献  112-114
作者简历  114-118
学位论文数据集  118

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