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原文传递木寨岭高地应力软岩公路隧道变形及注浆加固数值分析

论文题名：	木寨岭高地应力软岩公路隧道变形及注浆加固数值分析
关键词：	公路隧道;台阶法开挖;高地应力软岩;围岩变形;注浆加固;数值模拟
摘要：	渭源路园到武都两水的渭武高速公路是兰州至海口国家高速公路(G75)的重要组成路段，是连接西北与西南的最便捷的公路通道，也是省会兰州与陇南地区最便捷的公路通道，是甘肃中南部山区的骨架路网，是国家高速公路网在甘肃南部地区的唯一纵线，是甘肃中南部经济带的公路运输大动脉，在全省高速公路网中具有特殊的地位和作用。　　木寨岭高地应力软岩公路隧道做为渭武高速公路的控制工程，本文结合现场工程实际，参考前人的研究成果，首先根据前人的研究成果设计论文研究思路:通过对木寨岭高地应力软岩隧道所处位置的工程地质、水文地质和气候的简单介绍，为后文高地应力的引入和软岩隧道段开挖的研究做铺垫。随后，通过对水压致裂地应力测量的原理简单介绍，证明其在木寨岭高地应力软岩隧道中的适用性和结果的准确性，并在木寨岭隧道中利用该方法测量了地应力，根据测量结果判定木寨岭隧道处于高地应力状态。然后，利用数值模拟手段在上下台阶法开挖方法下模拟木寨岭高地应力软岩公路隧道施工过程，研究围岩变形和应力分布规律，并验证了现场上下台阶法实际开挖方法的合理性。最后，通过不同超前注浆加固长度和不同注浆加固厚度的数值模拟，对比研究经济合理的注浆加固参数，来控制高地应力软岩隧道的变形和应力。　　通过上述这些工作，本文得到了以下几点结论: 　　1、由于木寨岭隧道埋深较大，根据水压致裂法地应力测试结果:在测试深度大于30m范围内，北段三组钻孔测量结果表明，最大水平主应力值为26.22MPa～38.38MPa，平均值为33.68MPa，最小水平主应力值为15.73MPa～21.52MPa，平均值为19.15Mpa;南段三组钻孔测量结果表明，最大水平主应力值为30.16MPa～35.68MPa，平均值为32.61MPa，最小水平主应力值为18.11MPa～21.29MPa，平均值为19.60Mpa。并考虑在钻孔位置处围岩较破碎的条件下，水平主应力仍高于相同埋深和岩性一致条件下的水平主应力，因此木寨岭隧道构造应力场属于高地应力环境; 　　2、通过对木寨岭隧道上下台阶法开挖方式数值模拟结果的分析，并结合现场实际上下台阶法开挖方式，根据现场实测变形和数值模拟结果，验证了现场上下台阶法开挖的合理性; 　　3、通过对木寨岭高地应力软岩隧道超前加固注浆不同超前长度的数值模拟，根据数值模拟结果，可得随着超前注浆加固超前长度的增加，隧道围岩的变形和应力分布均减小，文中通过超前注浆加固1倍、2倍和3倍开挖进尺的数值模拟结果对比，得出从不超前注浆加固到超前3米（1倍开挖进尺）注浆加固时，围岩的变形和应力控制效果最好; 　　4、通过对木寨岭高地应力软岩隧道超前加固注浆不同加固层厚度的数值模拟，根据数值模拟结果，随着超前注浆加固层厚度的增加，隧道围岩的变形和应力分大致呈现减小趋势，文中通过超前注浆加固层厚为开挖洞径的0.2倍、0.5倍和1倍的数值模拟结果对比，得出从不超前注浆加固到超前注浆加固层厚为2米时（0.2倍的开挖洞径），围岩的变形和应力控制效果最好。　　通过上述的研究和分析，在木寨岭隧道高地应力软岩公路隧道段，建议采取超前3米（1倍的开挖进尺）加固层厚为2～3米（0.2～0.3倍开挖洞径）进行超前注浆加固，来控制高地应力软岩段隧道的围岩变形和应力发展，进而实现隧道的安全施工。
作者：	赵伟平
专业：	建筑与土木工程
导师：	严孙宏;赵延安
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文