高地应力软岩隧道变形特征及施工方案优化研究

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1、分类号:U451.210710-2015228023专业硕士学位论文高地应力软岩隧道变形特征及施工方案优化研究魏来导师姓名职称刘钦副教授张亚高级工程师专业学位类别及申请学位级别工程硕士建筑与土木工程领域名称论文提交日期2018年4月20日论文答辩日期2018年6月5日学位授予单位长安大学StudyonDeformationCharacteristicsandConstructionSchemeOptimizationofSoftRockTunnelinHighGroundStressADissertationSubmittedfortheDegreeofPr

2、ofessionalMasterCandidate：WeiLaiSupervisor：A.Prof.LiuQinS.E.ZhangYaChang’anUniversity,Xi’an,China摘要“一带一路”是我国近年来提出的重要发展战略之一，该战略的实施对我国中西部地区的经济发展起到了有力的推动作用。经济的发展离不开经贸往来，各地区的经贸往来是建立在交通畅通的基础上，而我国中西部地区山地较多，地质情况极其复杂，在打通交通线的过程中，难免会遇到大量的桥隧工程难题。在高速公路和铁路建设的过程中就经常遇到深埋的软岩隧道，由于这些隧道工程常常处于高地应力深埋条件

3、下，且软岩的自稳能力极差，在修建过程中易发生塑性变形，呈现出明显的流变特征，隧道围岩大变形灾害时有发生。在近年来的高地应力软岩隧道工程中，探寻一种既合理有效又经济安全的支护方案以解决工程难题，已经迫在眉睫。本文依托我国西北地区某高速公路软岩隧道工程，以高地应力深埋软弱围岩隧道大变形段为研究对象，进行了如下研究工作：（1）分析了高地应力条件下软岩隧道的变形机理，指出其机理主要包括挤出变形和膨胀变形两种，并根据隧道施工过程中围岩大变形段的实际情况，提出了影响围岩大变形的七大主要因素，内因包括隧道所处的初始地应力场、隧道的埋深、围岩的强度应力比以及围岩的力学和构造

4、特性等，外因包括尺寸效应、卸荷力学效应和施工工法等。（2）对依托工程开展现场监控量测，通过分析对隧道围岩和初期支护结构的位移监测数据和应力监测数据可知：隧道的最大净空收敛值为702mm，最大拱顶沉降值为1232mm，由于变形过大，初期支护结构遭到破坏，且出现了严重侵限现象；围岩压力最大值1.03MPa，喷射混凝土应力最大值约为24MPa，接近C25喷射混凝土设计抗压强度值，现场明显可见喷射混凝土出现开裂、掉块等现象。根据监测数据来看，隧道发生了严重的大变形灾害。（3）利用有限元软件ABAQUS对三台阶七步法和CD法两种不同施工工法进行三维数值模拟，分析了支护

5、参数和开挖工法对高地应力软岩隧道净空收敛、拱顶沉降、围岩压力和围岩塑性区的影响，发现系统锚杆在软岩隧道中的支护作用并不理想，相比而言，锁脚锚杆对钢架的稳定却能发挥较大的作用，在一定程度上可以控制围岩变形；同时，对比三台阶七步法和CD法两种工法的共12种工况，分别给出了两种工法的合理支护参数。（4）通过对比分析三台阶七步法和CD法两种工法下支护效果最佳的两种工况，指出采用CD法进行施工时，由于中隔壁的存在，能够更有效控制软弱围岩隧道的变形，I并提出较为合理的支护参数，解决施工过程中的隧道围岩大变形问题。关键词：隧道工程；软弱围岩；高地应力；变形特征；施工方案I

6、IAbstract“OneBeltandOneRoad”isoneoftheimportantdevelopmentstrategiesproposedbyChinainrecentyears.TheimplementationofthisstrategyhasplayedapowerfulroleinpromotingtheeconomicdevelopmentinthecentralandwesternregionsofChina.Economicdevelopmentisinseparablefromeconomicandtradeexchanges.

7、Economicandtradeexchangesinvariousregionsarebuiltonthebasisofunimpededtraffic.InthemiddleandwesternregionsofChina,therearemanymountainsandthegeologicalconditionsareextremelycomplex.Inthecourseofgettingthroughthetrafficlines,itwillinevitablyencounteralotofdifficulties.Bridgetunnelen

8、gineeringproblems.Deepsoft