穿越复杂采空区地层浅埋偏压连拱隧道稳定性研究

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1、穿越复杂采空区地层浅埋偏压连拱隧道稳定性研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：魏志锋指导教师：刘新荣教授专业：土木工程学科门类：工学重庆大学土木工程学院二〇一五年五月StudyonStabilityofShallowandUnsymmetricalLoadedDouble-archTunnelPassingThroughComplexMined-outAreaAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequi

2、rementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByWeiZhifengSupervisedbyProf.LiuXinrongSpecialty:CivilEngineeringCollegeofCivilEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2015中文摘要摘要近些年来，随着我国经济的快速稳定发展，矿产资源需求量持续升高，矿产资源的开采导致了大范围的采空区的出现。同时由于高速公路、铁路的大量兴建，公路、

3、铁路路网密度不断增大，将不可避免的出现高速公路穿越采空区的现象。而连拱隧道以其独特的优点被广泛采用，连拱隧道一般处于浅埋偏压段，其本身围岩稳定性差，工程力学性质复杂、隧道施工难度大、防排水治理难度高，当连拱隧道穿越采空区时，采空区的空间变异性将使得连拱隧道施工力学行为更为复杂。本文以卧佛山浅埋偏压连拱隧道穿越复杂采空区地层为工程背景，在初始地质勘察资料、现场监控量测、地质雷达探测结果的基础上，以数值模拟为主要研究手段，探究穿越复杂采空区地层浅埋偏压连拱隧道的稳定性。主要研究工作和成果如下：①对卧佛山

4、浅埋偏压连拱隧道进行了现场监控量测，监测结果发现：掌子面层理切割、围岩破粹、多处采空区空洞出露，隧道变形受周边浅层采空区破碎带和空洞影响较大。②采用地质雷达探明卧佛山隧道中导洞下方采空区的空间分布规律，包括采空区的数量、大小、埋深、空间位置等。探测结果表明，采空区主要分布在隧道下方0∼16m，采空区长度4~12m。③基于地质勘察资料和采空区地质雷达探测结果，建立卧佛山连拱隧道穿越复杂采空区地层的三维数值模型。分析了采空区空间分布对初始地应力场、位移场的影响，揭示了采空区变形影响范围。④基于三维计算模

5、型，对浅埋偏压连拱隧道的施工全过程进行模拟，从围岩、中隔墙和初支三方面，分析采空区存在对浅埋偏压连拱隧道的影响。研究表明：隧道底部6m范围内为采空区强影响区，需进行相应治理；隧道底部10m范围外为无影响区，无需治理；隧道底部6m∼10m范围内为采空区弱影响区，需加强监测。⑤基于二维计算模型，研究不同采空区空间位置及大小对浅埋偏压连拱隧道稳定性的影响规律和影响范围，研究表明：浅埋侧隧道下方出现采空区对隧道稳定性影响较小，深埋侧隧道侧边和下方出现采空区对隧道的稳定性影响较大，增加了隧道受到的偏压作用。且

6、随着采空区的增大，与隧道间距离的减小，采空区对隧道稳定性的影响增大。⑥分析了卧佛山浅埋偏压连拱隧道采空区治理方案，并对治理方案和治理效果进行了初步评价。I重庆大学硕士学位论文关键词：浅埋偏压，连拱隧道，穿越采空区，地质雷达，稳定性II英文摘要AbstractInrecentyears,withrapidandstabledevelopmentofChina'seconomy,increasingdemandformineralresourcesleadtoalargenumberofmineralr

7、esourcesexploitation,resultinginawiderangeofmined-outarea.Atthesametime,alargenumberofconstructionandtheincreasingofnetworkdensityofhigh-speedrailwaymakeitinevitablethathighwaygoesthroughthemined-outarea.Themulti-archtunneliswidelyusedforitsuniqueadvan

8、tages,whichisoftenatshallowbias.Duetoitspoorstabilityofsurroundingrock,theengineeringmechanicspropertiesofthecomplex,thetunnelconstructionwaterproofanddrainagemanagementisdifficult,spatialvariationofmined-outareawillmakethemulti-archtun