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兰新高铁碎屑流及薄层板岩隧道施工变形控制技术
| 论文题名： | 兰新高铁碎屑流及薄层板岩隧道施工变形控制技术 |
| 关键词： | 高铁隧道;碎屑流;高地应力;薄层板岩;支护技术;施工变形 |
| 摘要： | 在青藏高原修建高铁长大隧道是一个世界性的技术难题，设计施工中会遇到一系列的风险和困难，高铁隧道修建标准更高，应对复杂地质困难的方法更难以把握。兰新高铁是目前世界上海拔最高的高速铁路，大梁隧道、祁连山隧道是兰新铁路海拔最高点，3800米，也是目前世界上海拔最高的高铁隧道，其修建过程中遇到了许多意想不到的困难，需要开展科技创新去解决。 本文依托上述两座Ⅰ级风险隧道建设，对部分技术难题开展研究，主要内容为:隧道穿越碎屑流地层施工技术、高地应力薄层板岩隧道施工大变形控制技术、高原长大隧道机械降效量化指标研究。主要研究内容和成果如下: (1)通过理论分析及现场试验，揭示了碎屑流的工程特性，其主要组成为断层角砾、碎屑颗粒、砂土和水的混合物质，具有重度大、黏度高、流动性强、突发性强的特性，且分布范围广，隧道施工中难以预判。通过对隧道施工中碎屑流形成机理的研究，提出了碎屑流形成的三个阶段，即:先兆阶段、影响阶段、发生阶段。 (2)结合祁连山隧道碎屑流段的工程施工，采用现场试验及理论分析方法，研究了隧道支护技术及开挖方法，提出了以碎屑体超前预报、掌子面封堵、超前高位泄水、超前强支护、强初期支护为核心的碎屑流地层高铁大断面隧道施工技术。 (3)结合大梁隧道高地应力薄层板岩大变形控制难题，通过地应力的现场测试及围岩特性的试验分析，得出水平地应力(7.18～25.14MPa)大于垂直地应力，围岩强度与应力比在0.025～0.126范围，揭示了大梁隧道薄层板岩段变形为挤压型大变形，提出了高地应力薄层板岩隧道大变形分为严重大变形、中等大变形、轻微大变形和无大变形四级。 (4)通过对系统锚杆的现场试验及数值模拟分析，得出了薄层板岩（Vc-2）系统锚杆效果不明显。通过对单层格栅、单层H175型钢、格栅+I20型钢双层支护的对比试验，得出双层支护控制变形效果最好，其次是单层H175型钢，单层格栅最差。 (5)在严重大变形段，选取逐渐增强支护参数及预留变形量的四个试验段，分别进行现场试验，提出合理的预留变形量为50cm，并经过大量隧道变形数据统计分析，验证了该预留变形量具有95％以上的概率不侵限。 (6)以高原环境实验舱配合发动机进气氮气掺混的方法，完成柴油机工作性能高原隧道环境模拟测试平台的设计和搭建，获得高原隧道施工环境下动力机械降效的量化评价。对高原长大隧道施工的设备配套及机械定额完善提供了支持。 |
| 作者： | 任少强 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 王梦恕 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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