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隧道掌子面稳定性分析及其控制技术研究
| 论文题名： | 隧道掌子面稳定性分析及其控制技术研究 |
| 关键词： | 高速公路隧道;隧道掌子面;稳定性分析;控制策略 |
| 摘要： | 随着现在交通的迅速发展，地下工程项目修建数量日益增多，大量长大、深埋、偏压隧道随之不断涌现。隧道在掘进过程中不可避免会遇到各种不同的地层环境，并且隧道在穿越各种地层时也会面临着各种地质灾害，如：洞周出现变形、地表产生开裂、围岩失去稳定造成掌子面坍塌、掉块等。这些不仅造成施工困难，施工设备损坏，而且还延误工期，增加工程成本，危害人身安全。鉴于目前的情形，对于隧道掌子面稳定性分析及其控制对策就愈显紧迫与重要。 本文依托广甘高速杜家山隧道工程实例，采用模糊数学理论，结合现场测试与数值计算，从定性与定量两方面对隧道掌子面稳定性进行了深入研究，得到成果如下： 1.从掌子面失稳类型、失稳程度等8个方面综述了隧道掌子面的失稳状况；又从隧道开挖后围岩的应力反应特性与变形应答两个方面分析了失稳的机理，最后结合杜家山隧道开挖后掌子面失稳的典型实例；总结出易发生掌子面失稳的岩性条件，提出掌子面失稳的工程定义； 2.结合掌子面失稳机理、围岩强度应力比、现场掌子面失稳的实际状况和围岩分类规范对掌子面失稳进行等级划分，认为：隧道开挖后掌子面的失稳范畴可以分为五个等级；然后在总结影响掌子面围岩稳定的5大因素34个评估指标的基础上，运用模糊数学原理，利用C/C++语言实现了一个掌子面稳定动态评估体系，然后运用该评估系统对杜家山隧道掌子面稳定状况作动态评价，结果是符合实际情况的，最后利用该评估系统又对100个开挖断面进行演算，成功率达92％； 3.从掌子面到达处隧道的变形特性、掌子面围岩变形反应等四个方面分析掌子面的支护对策；然后依托杜家山隧道实际情况在进行了挤压变形与收敛变形量测，得到了实际断面里程的挤压-收敛曲线，并选择三种施工工法对隧道施工过程进行三维数值模拟分析，其中工法一为不采取任何超前支护的情况；工法二为掌子面前方核心围岩小导管注浆+预留核心土，工法三为采用纤维锚杆加固超前核心土+预留核心土，三种工法为台阶法施工，其它条件一样。然后从计算角度进行开挖后围岩应力、应变、初期支护受力、二次衬砌受力、隧道安全系数分析，而后与监控量测成果进行对比分析，得出：超前核心围岩可以看作隧道支护结构的组成部分，可以通过对超前核心围岩加固来增加其强度与刚度，从而达到控制超前核心围岩变形，并最终达到控制隧道变形、隧道支护结构长期和短期荷载的目的，并且认为杜家山隧道应采用玻纤构件加固才能确保隧道的稳定。 |
| 作者： | 周艺 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 王志杰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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