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原文传递穿煤系地层大跨度隧道围岩稳定性研究

论文题名：	穿煤系地层大跨度隧道围岩稳定性研究
关键词：	穿煤段;围岩稳定性;安全技术;公路隧道
摘要：	近年来，随着我国高等级公路的发展，公路隧道的建设规模越来越大，这些隧道，在降低交通事故发生率、缩短行车距离、提高车速、保护环境诸方面发挥了积极作用，取得良好的社会经济效益，但随着大量大跨度穿煤隧道的修建，凸现出当前国内和国外在理论和实验研究之间的差距，有关大跨度穿煤隧道的围岩稳定性分析判据及理论还存在诸多不足和亟待研究之处。本文针对目前对大跨度穿煤隧道的研究热点，以重庆市绕城高速公路环山坪隧道为研究对象，在界定大跨度隧道及分析其围岩与支护体相互作用机理的基础上，通过软件模拟隧道开挖后围岩变形及应力分布情况，结合新奥法监控量测结果，对大跨度穿煤隧道围岩稳定性进行了研究，提出了大跨度穿煤隧道的围岩稳定性判据。通过本文的研究，得出以下结论： ①大跨度隧道最大等效应力集中系数随隧道扁平率的减小而增大，二者接近于直线关系。扁平率为0.5时，洞室最大等效应力集中是相同跨度圆形洞室的1.5倍以上。 ②大跨度隧道拱顶至拱脚(最大跨度处)各处的等效应力集中对扁平率变化的敏感程度并不相同，拱脚附近围岩的等效应力集中对扁平率变化最为敏感，拱顶附近的等效应力集中基本上不随扁平率的改变而变化。 ③穿越煤系地层的隧道，围岩相对较差，洞室应力集中较大，但扁平率变化的规律不变。隧道开挖后在围岩中出现的一系列的物理力学现象，如岩爆、断面收敛隧道变形、掉块Rockfall、崩塌等现象一般都伴随着施工过程出现。隧道开挖和支护工艺实质上就是控制这些现象产生的过程，也就是控制围岩动态变化的过程。 ④大跨度隧道穿煤段掘进过程中，围岩变形过程主要取决于开挖面的推移过程，下半断面开挖使围岩的变形量值及速率均发生了跳变，围岩稳定后，变形量值最终趋于固定值。随着开挖推进距离的增大，净空变位波动幅度越来越小，收敛速率非常缓慢，总变位量值也逐步逼近一定值。 ⑤隧道穿过软弱围岩体段拱顶的屈服接近度随着隧道向前掘进而逐渐增大，而且屈服接近度大于1的范围逐渐向拱顶上部发展。隧道穿过软弱围岩体段拱顶的破坏区域随着隧道向前掘进两逐渐增大，破坏范围逐渐向围岩内部发展。 ⑥通过对环山坪隧道围岩内空收敛的分析及典型断面R的实测、有限元分析结果都证明隧道围岩是稳定和安全的，从而说明在厚、巨厚层状硬岩所夹的软弱煤系地层和采空回填区的中掘进隧道，只要硬岩整体性好，采取适当的支护是可以保证隧道的安全和稳定的。 ⑦隧道附近的煤系地层，特别是采空回填区对围岩的应力重分布影响较大。但软弱层与隧道相交时，软弱层中的应力和变形无论是数值还是影响范围都较大，容易造成围岩的破坏，同时围岩对支护的作用也加大，容易造成支护的变形和失稳，在支护时应特别加以重视。本论文的创新之处在于系统分析了大跨度穿煤隧道围岩的稳定性，提出了大跨度穿煤隧道围岩稳定性科学判定方法，该研究据有重要的理论和实践指导意义。
作者：	何正
专业：	安全技术与工程
导师：	李晓红
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文