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高地应力中硬围岩环境下TBM卡机机理与对策研究——以西藏DXL隧道为例
| 论文题名： | 高地应力中硬围岩环境下TBM卡机机理与对策研究——以西藏DXL隧道为例 |
| 关键词： | 公路隧道;全断面隧道掘进机;卡机机理;高地应力;中硬围岩 |
| 摘要： | 近年来，随着中国基础设施的不断完善，越来越多的隧道工程往大埋深、大断面方向发展。在隧道施工过程中，容易遇到高地应力环境，在这类环境中开挖隧道，容易造成围岩出现大变形。至今，人们对于高地应力环境下软弱围岩出现大变形的研究较多，而对于高地应力环境中硬围岩出现大变形的研究较少。 西藏DXL公路隧道的围岩属于中硬围岩，在TBM掘进过程中，由于高地应力的影响，围岩出现了严重的收敛变形，导致TBM掘进至桩号K10+209时出现卡机。本文依托DXL公路隧道工程，研究在高地应力中硬围岩环境下，围岩出现大变形导致TBM卡机的机理。 主要研究手段为:首先调查隧道所处的工程地质条件，对工程所处地质环境有一个直观认识;通过地应力理论估算、水压致裂法以及室内岩石声发射试验来研究隧址区的地应力环境;针对岩体在隧道开挖过程的应力应变特性开展了三轴压缩、三轴卸荷岩石力学实验，获得岩体的各项物理力学参数。 以前面研究成果为基础，进行围岩变形、应力的理论分析和采用FLAC3D进行开挖数值模拟，将理论分析、数值模拟的结果与TBM护盾与围岩的空间关系联合起来求得围岩与护盾之间的摩擦力，最后将TBM推力及TBM掘进速率考虑进来得出DXL隧道TBM的卡机机理;最后，根据TBM出现卡护盾的成因提出TBM卡机的预防和脱困对策。 本文主要取得以下成果: 1.以隧址区地应力研究成果为依据，通过岩石强度应力比法(RC/61＜2.5)、应力比法(I1/I01≈2)和经验法(61＞20MPa)判断隧道处于高地应力环境。 2.围岩以条带状混合花岗片麻岩为主，由岩石三轴力学试验获得试件的单轴抗压强度为83MPa，经过折减后得到岩体的单轴抗压强度为30.2MPa，同时参考成勘院的试验成果:岩体湿抗压强度介于40～80MPa之间，由此综合判断出隧道围岩属于中硬岩。 3.根据围岩开挖卸荷应力-应变关系曲线，通过弹性理论、弹塑性理论及应变软化理论来研究围岩变形及应力分布，得出应变软化理论所分析成果与实际相吻合。同时应用FLAC3D进行隧道开挖数值模拟，验证并补充了应变软化理论分析成果。 4.由理论分析、数值模拟成果，结合TBM护盾与围岩的空间关系，获得TBM护盾与围岩间的摩擦力。判断出摩擦力远大于TBM最大推力。 5.结合DXL隧道K10+209段现场TBM卡机的实际情况和TBM掘进速率的统计资料得出围岩的变形速率和TBM在此段的最小掘进速率应大于0.4m/h，才能在围岩挤压住护盾前掘进通过，避免TBM出现卡机。 6.针对TBM卡机成因提出相应的预防、解决措施，为类似项目提供工程经验。 |
| 作者： | 唐华辉 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 汪家林 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 成都理工大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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