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原文传递板岩隧道围岩变形破坏机制及稳定性控制方法研究

论文题名：	板岩隧道围岩变形破坏机制及稳定性控制方法研究
关键词：	板岩隧道;隧道施工;围岩变形;破坏机制;稳定性;控制方法;隧道支护
摘要：	隧道施工的安全性与经济性一直以来都是人们最为关注的两大主题。其中安全性取决于隧道围岩与支护结构在施工和运营中的稳定，而经济性则是在保证安全性的前提下减小工程投入，这就需要在隧道的设计与施工中充分认识围岩特点，选择合理的支护参数及施工方法。本文的依托工程贵广铁路板岩隧道为双线铁路隧道群，板岩自身独特的层状结构导致在施工中出现围岩掉块、超挖甚至塌方等工程问题，在这些工程问题中掉块问题影响施工安全性、超挖问题影响施工的经济性、塌方问题则对施工的安全性与经济性均有严重影响。　　本文以贵广铁路板岩隧道施工安全性与经济性为出发点，详细研究板岩的工程性质从而探究板岩隧道施工中几种工程问题的发生机理，进而对隧道的支护参数及施工方法进行详细优化，主要有如下研究成果: 　　(1)通过对板岩隧道的调查研究，总结了板岩隧道施工中常见问题如大变形问题、掉块塌方问题及超挖问题的影响因素;依据贵广铁路板岩隧道群的调查研究将板岩隧道塌方问题归纳为岩层溃曲型、岩层滑落型与破碎板岩失稳型三种类型，将掉块问题归纳为大块掉落、台阶状掉落及剥离式掉落三种类型，将超挖问题归纳为台阶状超挖、锯齿状超挖及裂隙主导型超挖三种类型，并对各种工程问题的发生条件进行详细统计。　　(2)在对板岩隧道常见工程问题影响因素统计的基础上对板岩稳定性的影响因素进行归纳，通过岩石室内试验及层间结合物遇水强度等试验研究对板岩稳定性进行亚分级。　　(3)在理论分析的基础上深入研究岩层溃屈型塌方、岩层滑落型塌方与破碎板岩失稳型塌方的机理，定量或定性分析了板岩隧道几种塌方问题的失稳条件;运用弹性地基梁理论分析了层状岩体的破坏机理，为中厚层板岩的破坏失稳、台阶状掉落及剥离式掉落提供了理论解释。　　(4)针对隧道施工中的围岩稳定控制问题在施工现场进行大量现场试验，通过各类围岩的围岩压力试验得出适用于板岩隧道的围岩压力计算方法，同时分析了板岩隧道竖向与横向围岩压力的分布规律;通过现场试验与数值分析相结合的手段研究了锚杆在板岩隧道支护中的作用效果，结果显示垂直于板岩层理面施作的锚杆作用最大，其余部位锚杆的作用效果不明显;利用现场试验与收敛约束法相结合的方法研究了钢架的作用效果，着重对比分析型钢钢架与格栅刚架的适用性，结果显示型钢刚架虽然具有较大的安全储备，但格栅刚架的受力特点和经济性较好，并最终得到适用于各级围岩的钢架支护形式及参数。　　(5)通过理论计算及现场多次试验观察总结了控制板岩隧道超挖的合理爆破方案及辅助施工方法;利用数值分析及理论分析的方法研究了板岩隧道塌方问题的控制方法，针对三种类型的塌方问题提出了相应的开挖工艺，结果表明对于岩层溃屈型塌方及破碎板岩失稳型塌方应以“减小一次开挖跨度、短进尺、管超前”为主要原则，对于岩层滑落型塌方则主要控制掌子面的稳定为主。　　通过对板岩隧道工程问题的总结分析最终得出了适用于板岩隧道的合理支护参数及施工方法，保证了贵广铁路板岩隧道施工的安全性与经济性。
作者：	王云龙
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	谭忠盛
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文