【摘 要】
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在隧道建设中,软弱围岩隧道的大变形问题日益突出,其安全设计与施工已经成为隧道工程建设的重大难题。由于隧道围岩的开挖与支护是一个极其复杂的应力重分布过程,在国内外的一些高地应力软弱围岩隧道中均出现不同程度的挤压大变形,如果不能掌握隧道围岩变形与受力规律或者支护结构设计方案不合理,隧道往往会发生过大变形而使隧道施工风险增加。因此,对于地质条件差、高地应力作用下的软弱围岩隧道,展开隧道开挖支护后的围岩变
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在隧道建设中,软弱围岩隧道的大变形问题日益突出,其安全设计与施工已经成为隧道工程建设的重大难题。由于隧道围岩的开挖与支护是一个极其复杂的应力重分布过程,在国内外的一些高地应力软弱围岩隧道中均出现不同程度的挤压大变形,如果不能掌握隧道围岩变形与受力规律或者支护结构设计方案不合理,隧道往往会发生过大变形而使隧道施工风险增加。因此,对于地质条件差、高地应力作用下的软弱围岩隧道,展开隧道开挖支护后的围岩变形特征与机制研究十分重要。针对当前高地应力软岩隧道修建过程中面临的难题,本论文以云南丽江文笔山高速公路隧道为依托,针对隧道施工中出现的围岩大变形破坏灾害,结合现场初始地应力实测资料与监控量测结果,分析隧道地应力场特征与围岩的位移及受力规律,通过理论分析研究隧道大变形典型断面的荷载机制与塑性区破坏特征,最后提出针对性的大变形控制技术,本文的研究内容及结论主要如下:(1)通过小型水压致裂法对文笔山隧道进行了初始地应力测试,得到地应力特征如下:在地应力测试深度范围内,应力趋势主要为:Shmax>Sv>Shmin,最大水平主应力8.78MPa,最大侧压系数约为Shmax/Sv=1.55。结合隧道岩石强度参数,依照我国当前地应力分级标准,判断出文笔山隧道开挖区段处于高地应力或极高地应力状态。(2)通过对隧道现场监测的围岩位移及压力结果分析,发现文笔山隧道具有围岩位移量大、变形速率高、收敛时间长以及变形破坏形式多样等特征,分析总结出高地应力、地质构造、围岩岩性、地下水条件和现场施工条件是导致隧道围岩大变形的原因。(3)通过位移反分析法研究文笔山隧道大变形典型断面的围岩参数,选取确定了待反演围岩参数(弹性模量E、泊松比ν、黏聚力c、内摩擦角φ)的正交试验组合,建立了应变软化条件下的隧道围岩参数反演的BP神经网络训练模型,由反演得到了大变形典型断面的围岩参数,为后续的隧道变形机制理论分析提供参数依据。(4)引入岩体应变软化理论和隧道开挖应力重分布理论,反推得到了可以反映隧道开挖后荷载随洞周位移变化的理论公式,结合反演得到的围岩参数研究隧道大变形典型断面的围岩荷载机制,并与现场实测的围岩压力进行对比,发现应变软化条件下的荷载理论公式结果更接近隧道围岩真实荷载,后又基于应变软化条件下的隧道开挖支护理论,推算得到大变形典型断面的塑性区半径范围,掌握了隧道围岩塑性破坏特征。(5)通过对文笔山隧道大变形特征与变形破坏机制掌握的基础上,采用调整台阶开挖方式、改变超前支护类型、加大预留变形量、改变注浆方式、增强初支强度等大变形控制技术,后续施工现场情况表明,隧道大变形成功得到控制,此变形控制技术可为后续施工提供依据,并且可为类似隧道工程大变形控制研究提供一定的参考价值。
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