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高地应力软岩隧道应力释放、开挖步距和支护结构研究
| 论文题名： | 高地应力软岩隧道应力释放、开挖步距和支护结构研究 |
| 关键词： | 高地应力;软岩隧道;应力释放;开挖步距;支护结构 |
| 摘要： | 随着中国交通网络的不断发展，复杂地质条件下的隧道建设是未来工程发展的方向。在隧道建设向深部空间发展的过程中，高地应力软岩大变形的问题也愈发明显，由于深部软岩隧道具有埋深大、地质复杂的特点，在施工中常面临较大的安全风险。因此，本文采用室内试验、模型试验、理论分析及数值模拟等方法，分析高地应力软岩的力学特性，结合现场量测数据分析高地应力软岩隧道大变形影响因素，通过模型试验的方法研究不同开挖工法条件下的应力释放规律，并对隧道台阶法施工时开挖步距、进尺和初支变形机理及影响因素进行研究，结合现场条件提出了最优施工参数。主要研究内容如下: （1）结合勘察资料分析大变形段地质特征，选取典型岩样开展室内试验，确定围岩物理力学参数。分析围岩变形量测资料，确定宁缠隧道围岩变形相比于其他软岩隧道，具有变形量大、变形速率高及变形时间长的特点。针对宁缠隧道高地应力软岩特性，分析了不同因素对软岩大变形的影响。 （2）在符合相似原理的要求下，设计出了一套完整的模型实验系统，该实验系统包括了加载系统和监测方案。相似材料以黄土、石英砂、水泥、石膏、机油和纯净水等为原料，组料配比为：土砂比为6：4，水泥掺量6.5%，石膏掺量为6%，机油掺量为7.5%，水含量为15.2%，该配比得到的相似材料与实际工程符合程度较高。 （3）模型实验中对比了多种开挖工法，获得了不同开挖方法下隧道横断面和轴线方向的变形规律，并基于应力释放计算模型，研究不同开挖工法的应力释放规律。得出结论，采用三台阶开挖可以有效的改进断面应力释放率的变化过程，缓解掌子面前方的应力集中程度，同时能够减少应力释放的总量。 （4）针对高地应力软岩隧道台阶法施工开挖步距和进尺参数难以确定的问题，选用MIDAS/GTS软件，依据施工参数的不同设置多种工况进行模拟，对比研究不同工况下围岩变形和支护结构受力的情况，并结合工程给出适用于宁缠隧道台阶法施工的参数。 （5）采用数值模拟和现场监测相结合的方法，分析双层初支体系受力特征，对比不同支护手段的变形控制效果，研究高地应力软岩隧道大变形段双层初支系统不同厚度组合及不同施作时机对围岩变形的作用效果，并针对宁缠隧道施工出现的大变形问题总结了主动控制变形技术。 |
| 作者： | 彭易 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 陈志敏;朱小明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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