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原文传递荒岔沟2号隧道强风化花岗岩段施工方法研究

论文题名：	荒岔沟2号隧道强风化花岗岩段施工方法研究
关键词：	花岗岩隧道;岩体风化;数值模拟;强度折减法;工程施工
摘要：	桓集高速公路是为完善东北综合交通运输体系，加强公路网络和对外通道建设而修建的交通新干线。桓集高速公路荒岔沟2号隧道位于吉林省通化市集安市辖区内，是桓集高速公路的重点工程。隧道强风化花岗岩段占隧道全长在50%以上。强风化花岗岩岩体风化程度剧烈，围岩破碎、胶结性差、遇水软化易崩解，表现出强度低、工程特性差的特点。当隧道建设穿越强风化花岗岩地层中，由于施工方法选择不当，极易出现掉块、冒顶、掌子面失稳、坍塌等工程事故，造成人员伤亡和财产损失。因此，对荒岔沟2号隧道施工方法进行深入研究，对保证荒岔沟2号隧道安全施工以及对同类型地层隧道施工具有重要的工程意义。　　本文在分析该隧道工程和工程地质条件的基础上，总结类似地层中隧道施工的相关资料，初步确定可供选择的施工方法；采用数值模拟方法，模拟可供选择的四种工法的开挖过程，并选取监测点的位移和应力值，对四种施工方法进行对比分析。结合隧道变形和应力相关规定，经过安全性验证，最终确定该隧道的施工方法；在此基础上，进一步对所选工法的施工步距进行研究；通过监控量测，验证了所选工法的可行性。本文的主要研究结论如下：　　（1）对常用工法从优缺点、适用范围、经济性、工期等方面进行对比分析，结合荒岔沟2号隧道地层岩性、水文地质条件，调研了类似地层条件下实际工程采用的施工方法，确定台阶法、环形导坑留核心土法、中隔壁法、双侧壁导坑法四种工法作为隧道的施工方法初选方案。　　（2）结合室内试验、隧道地质条件和支护参数，确定了考虑超前支护措施影响的数值模拟所需的围岩物理力学参数。建立数值模拟模型，对初选的四种施工方法进行数值建模，模拟四种工法的开挖过程。通过对监测点位移、塑性区、应力的对比分析，结合强度折减法进行安全性验证，确定该隧道采用台阶法进行施工。　　（3）定性分析上台阶高度对隧道施工影响，选用5m上台阶高度进行施工。对5m、10m、15m、20m、25m、30m不同施工步距下隧道位移情况进行数值模拟分析。发现对于拱顶下沉和侧边墙收敛在施工步距为5m~15m阶段，变形增长速率较快；在施工步距为15m~30m阶段，变形增长速率放缓。综合施工效率和隧道安全性，确定该隧道上台阶较下台阶的合理超前步距为15m。　　（4）监控量测拱形下沉最大值为38.1mm相较模拟结果增大了0.3%；最小值为33.21mm，相较于模拟结果减小了12.5%。监控量测洞室收敛最大值为43.43mm，相较模拟结果减小了7.8%；最小值41.7mm，相较于模拟结果减小了11.4%。数值模型计算结果与隧道监控量测数据存在差异的原因主要是隧道开挖完成后，隧道开始快速变形而此时监控量测系统尚未建立，并未将此阶段变形记录在内。其次，强风化花岗岩岩体存在着大量的节理裂隙，导致数值模型和实际工程间存在一定偏差。
作者：	张磊
专业：	土木工程
导师：	代树林;刘建磊
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2023