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原文传递富水围岩浅埋偏压超大断面小间距隧道施工优化研究

论文题名：	富水围岩浅埋偏压超大断面小间距隧道施工优化研究
关键词：	隧道施工;富水围岩;超大断面小间距隧道;施工优化;数值模拟
摘要：	随着交通流量的快速增长，高速公路的车道越来越多，高速公路上的隧道断面也越来越大，隧道修筑过程中常常伴有浅埋、偏压、围岩富水等一些特殊地质问题，这些都对施工造成困难。本文以广东沿江高速公路上的晏岗小间距超大跨度隧道为背景，对富水围岩中浅埋偏压超大断面小间距隧道的设计、施工、监控量测进行研究，并运用FLAC-3D软件对隧道的施工过程进行数值模拟研究，优化富水大跨度浅埋隧道设计和施工，揭示隧道偏压率对中间岩柱合理间距的影响和左右洞掌子面施工距离对围岩和中间岩柱稳定性的影响。　　首先基于岩石的渗流理论，对隧道围岩渗流固结过程的有效应力与孔隙水压力的变化规律进行了探讨，并阐明了FLAC-3D中渗流固结耦合的计算原理以及耦合计算的实现方法。　　结合晏岗隧道围岩富水的实际情况，对小间距超大跨度隧道采用双侧壁导坑法典型断面的围岩和支护结构的位移、应力进行现场监测，监测结果表明因围岩扰动次数较多，围岩富水受到软化，隧道地表沉降、拱顶下沉量、收敛位移和支撑结构的应力均较大，且在该断面开挖完成后20天左右趋于稳定。右洞隧道施工过程中中间岩柱一侧左拱腰钢拱架表现为受拉且应力值较大，施工时需要尽早形成封闭支护圈，并加强中间岩柱拱腰部位的初期支护。　　应用FLAC-3D软件对晏岗隧道浅埋偏压地段在富水条件下动态施工过程进行了模拟，模拟结果表明，右洞开挖过程中对左洞围岩变形影响较大，左洞拱顶沉降、地表沉降和收敛位移均比右洞大，显示该隧道存在明显的偏压效应。双侧壁导坑法施工中间岩柱塑性区较小，靠近中间岩柱的锚杆轴力比其他部位锚杆轴力大。施工时应该注意爆破对中间岩柱的影响，同时加密和加长中间岩柱上锚杆，以利中间岩柱的稳定。隧道开挖完成后隧道两侧孔隙水压力降低，边墙脚与仰拱处孔隙水压力明显增大，施工时应提前在边墙脚和仰拱处打设泄水孔，释放孔隙水，降低孔隙水压力，防止此处突水。　　结合实际工程，系统地模拟研究CRD法、台阶法和双侧壁导坑法施工时中间岩柱应力、隧道地表沉降、左右洞拱顶沉降分布规律和边墙塑性区发展趋势规律，结果显示双侧壁导坑法效果最好。通过模拟优化研究分析，当隧道偏压率分别为1.16、1.25和1.5时，两隧道中间岩柱最小合理间距分别为18m、24m和30m，此时右洞右边墙侧围岩产生大范围塑性区，边墙稳定性受到影响，需要加强支护。考虑地形实际情况，设计中间岩柱间距为18m，现场监测结果显示该间距设计较合理，满足围岩稳定性要求，从而进一步验证数值模拟研究结果的可靠性。同时基于三维模拟方法研究了左右隧道施工掌子面距离对中间岩柱稳定性的影响，计算结果表明当左右隧道施工掌子面距离为20m时，中间岩柱竖向应力增量明显减少，建议实际施工时左右隧道施工掌子面距离要在20m以上，以确保围岩稳定。
作者：	王勤荣
专业：	土木工程
导师：	陈秋南
授予学位：	硕士
授予学位单位：	湖南科技大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文