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米拉山隧道全风化凝灰岩围岩施工方法优化研究毕业论文

 2020-02-16 11:02  

摘 要

Abstract 2

第1章 绪论 1

1.1 研究目的及意义 1

1.2 研究现状 1

第2章 软弱围岩隧道工程特性及施工方法的选择 4

2.1 软弱围岩的定义和特性 4

2.1.1 软弱围岩的定义 4

2.1.2 软弱围岩的特性 4

2.2 软弱围岩隧道变形破坏特性 4

2.2.1 软弱围岩隧道变形破坏的一般特征 4

2.2.2 软弱围岩隧道变形破坏模式 4

2.3 影响软弱围岩隧道稳定性的因素 5

2.3.1 地质因素 5

2.3.2 工程活动造成的人为因素 6

2.4 选择隧道施工方法需考虑的因素 6

2.5 软弱围岩隧道施工方法的选择需考虑的因素 6

2.6 软弱围岩隧道常见的施工方法 7

第3章 软岩隧道的施工方法分析研究 8

3.1 工法的简介 8

3.1.1台阶法简介 8

3.1.2 CD法简介 8

3.1.3 CRD法简介 9

3.1.4 双侧壁导坑法简介 10

3.2 工法的评价 11

3.2.1 台阶法评价 11

3.2.2 CD法评价 11

3.2.3 CRD法评价 11

3.2.4 双侧壁导坑法评价 12

3.3 工法的对比分析 12

第4章 米拉山隧道施工方法的数值模拟分析 14

4.1 米拉山隧道工程概况 14

4.2 工程地质 15

4.2.1 地层岩性 15

4.2.2 地质构造 15

4.2.3 围岩类别 15

4.2.4 水文地质条件 16

4.2.5 不良地质 17

4.3 模型的建立及参数的选择 17

4.3.1 模型的建立 17

4.3.2 参数的选择 18

4.4 台阶法施工响应数值模拟分析 18

4.4.1 开挖步骤 18

4.4.2 围岩位移 19

4.4.3 拱顶及地表沉降 20

4.5 CD法施工响应数值模拟分析 21

4.5.1 开挖步骤 21

4.5.2 围岩位移 22

4.5.3 拱顶及地表沉降 22

4.6 CRD法施工响应数值模拟分析 23

4.6.1 开挖步骤 23

4.6.2 围岩位移 24

4.6.3 拱顶及地表沉降 25

4.7 双侧壁导坑法施工响应数值模拟分析 26

4.7.1 开挖步骤 26

4.7.2 围岩位移 27

4.7.3 拱顶及地表沉降 27

第5章 四种施工方法的比选 29

5.1各工法最终沉降位移值对比 29

5.2工法的选择 30

第6章 结论与展望 31

6.1结论 31

6.2展望 31

参考文献 33

致 谢 36

摘 要

本文主要依托米拉山隧道工程,该隧道主体位于IV、V级软弱围岩中,结合实际工程地质条件,选择了四种常见的软弱围岩隧道施工方法,即台阶法、CD法、CRD法、双侧壁导坑法,并针对不同软弱围岩隧道施工方法对围岩沉降的影响展开了研究,为今后类似工况下的软弱围岩隧道施工提供了一定的参考。本论文主要进行了以下研究:

(1)分析了影响软弱围岩隧道稳定性的因素,从而选择了软弱围岩隧道施工常见的四种施工方法即台阶法、CD法、CRD法、双侧壁导坑法,并主要从施工技术条件要求、施工成本、施工工期以及适用条件等方面定性的对四种施工方法进行了对比分析。

(2)依托实际工程地质条件,运用FLAC3D软件对四种不同的软弱围岩隧道施工方法进行了数值模拟开挖,获得了各工法开挖后的围岩位移、地表及隧道拱顶变形数据。

(3)综合对比分析各工法的围岩位移、地表以及拱顶各点的最终变形,结合实际工程地质条件,提出了最优施工方法即CD法。

关键词:米拉山隧道;施工方法;优化;凝灰岩;围岩

Abstract

This paper mainly relies on the Mila Mountain Tunnel Project. The main structure of the tunnel is located in IV and V Grade weak surrounding rocks. Combined with the actual engineering geological conditions, four weak surrounding rock tunnel construction methods are selected, namely the bench cut method, the CD method, the CRD method, and the both side drift method is used to study the construction methods of the weak surrounding rock tunnels. It provides a reference for the construction of weak surrounding rock tunnels under similar working conditions. This paper mainly carried out the following research:

(1) Analyzed the factors affecting the stability of weak surrounding rock tunnels, and selected the four main construction methods of soft surrounding rock tunnels, namely the bench cut method, the CD method, the CRD method, and the both side drift method. The four construction methods were qualitatively analyzed in terms of ease of use, construction cost, construction schedule and applicable conditions.

(2) Based on the actual project, the FLAC3D software was used to simulate the four different weak surrounding rock tunnel construction methods, and the surrounding rock displacement, surface and tunnel arch deformation after excavation were obtained.

(3) Comprehensive comparison and analysis of the surrounding rock displacement, surface and final deformation of each point of the arch, combined with the actual engineering geological conditions, proposed the optimal construction method, namely CD method

Key Words:Weak surrounding rock tunnel; Construction method; Numerical Simulation

第1章 绪论

1.1 研究目的及意义

米拉山隧道地处工布江达县和墨竹工卡县交界处,进口段位于(G318)线附近,路况较好;出口地处墨竹工卡县日多乡念村,同样位于(G318)线边缘,交通较为便利,路况较好。

该隧道设计为分离式双洞隧道,隧道最大埋深约374m。隧址区地貌类型为高山山岭。北侧为尼洋河流域,地势较低;南侧为拉萨河流域;在微地貌方面,隧址区属于山岭地貌,隧道进口两侧地形为坡度较大的斜坡地形,地形较陡;隧道出口两侧为坡度较小的斜坡地形,地形较平缓。

依托米拉山隧道工程,在前期研究的基础上,紧密结合该区域的工程物探和工程钻探资料及前期勘察成果,对不同的施工方法进行数值模拟计算,并依据模拟计算结果,综合考虑施工技术条件要求、施工成本、施工工期等因素,分析选择最合理的施工方法,为类似的隧道工程的设计和施工提供一定的理论依据。

此外毕业论文是我们走向工作岗位前最后一次在大学的学习机会,对于我们也更加是一次难能可贵的实践性训练,毕业论文要求我们能熟练地搜集资料,编辑文本,运用软件,处理数据,整理文本成集。因此毕业论文培养了我们刻苦钻研、谦虚谨慎、实事求是的科研态度和科学精神,只要我们脚踏实地地按照要求完成此次毕业论文,那么我们无论是进入工作岗位或继续深造,都可以较快的适应工作与学习。

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1.2 研究现状

在软弱围岩条件下进行隧道施工,合理选择隧道施工方法是保证工程顺利进行的重要条件,许多工程实例证明,选择不恰当的隧道施工方法通常是造成各类工程问题的原因。随着隧道建设的加快,为了确保隧道施工的质量和保证施工安全水平,国内外对隧道施工方法进行了很多研究。

龚卫锋,王东英[1]结合现场监测数据,使用有限元仿真模型分析了上下台阶分步法施工对高地应力条件下的隧道围岩和支护结构的力学影响,得出了上下台阶分步法在高地应力条件下围岩变形小,安全性可靠的结论,对高地应力条件下的隧道施工有一定的参考意义。

孙钧,钦亚洲,李宁[2]针对高应力条件下的软弱围岩隧道施工,建立了一种全新的流变模型,在此基础上对软弱围岩挤压大变形现行的刚性支护方案展开了研究与讨论,提出了“边支边让、大尺度让压锚杆”的施工方法,并于多个工程中实际应用,取得了一定的经济效益。

欧阳璐,蒋志明等[3]采用MIDAS GTS-NX建立三维模型,动态模拟分析了新意法和新奥法施工时隧道围岩的应力、变形及结构受力情况,对这两种施工理念对软弱围岩条件下的隧道施工稳定性的影响展开了研究,得出了新意法减少了对隧道围岩的扰动,能更加有效地利用围岩的自稳能力的结论。

高玉明[4]以贵广铁路大岐山隧道为工程背景,使用MIDAS/GTS软件对台阶法和双侧壁导坑法进行了数值模拟开挖,对两种施工方法开挖时围岩的位移和应力变化进行分析,得出了双侧壁导坑法在施工安全上要优于台阶法的结论。

杜鹏毅,郭永忠等[5]采用数值模拟配合分析实地监测数据的方法,展开了关于软弱围岩施工工序对围岩变形的影响的研究,确定了各工序的变形控制标准,并以此建立了对应的监测预警体系和工程应急措施。同时根据各工序支护的初期变形量预测最终变形量,为相同围岩条件下的隧道施工提供了指导,为隧道多工序施工方法开挖预留变形量的设计计算提供了一定的借鉴意义。

李同安[6]以拱北隧道为研究对象,采用神经网络法反推隧道变形破坏的参数和规律,在此基础上,使用ABAQUS软件对软弱围岩的不同施工方法进行对比分析,并针对不同的开挖方式和支护处理措施提出了针对性的意见。

牟新伟,祝建业[7]使用FLAC3D软件对宁安高速某隧道浅埋软弱围岩段建立三维模型,分别计算了预留核心土、上下台阶开挖、预注浆等工况下围岩的变形和应力特征,并将计算结果与现场检测数据相互对照,指出全断面注浆结合上下台阶预留核心土的开挖方案对软弱围岩隧道施工时的围岩变形有较好的控制作用。

温伟铳[8]依托广西永贺高速公路大岭头隧道工程,运用有限元数值模拟的方法,分析了浅埋软岩隧道的力学特征及变形特征,发现在超前变形中拱顶沉降最为显著,拱顶处的超前预加固及预支护有重要意义。并运用有限元数值方法,模拟分析了采用超前注浆预加固留核心土台阶法的施工过程,验证了其安全性。

杨绪烽[9]系统的分析了软弱围岩隧道的工程地质特性、围岩稳定性的影响因素、围岩失稳的力学机理与结构失稳的判别方法、变形破坏特征,并结合骡坪隧道的现场监测数据,使用有限元软件建立模型分析了软弱围岩隧道不同开挖方法对围岩稳定性及围岩变形位移的影响。

许光磊[10]探讨分析了几种施工方法对围岩变形位移-时间特征及影响变形的原因,对全断面法、台阶法、CD法、CRD法进行了定性比较并对各工法施工中的常见问题进行了说明,最后对各工法在工程实践中的应用提出了建议。

来弘鹏,谢永利,杨晓华[11]采用多种加载方式,模拟不同的应力场,对软弱围岩隧道施工过程中围岩的位移和应力变化特征及其影响范围进行了深入的研究,并对衬砌结构的受力进行了详细分析。总结了不同应力场下围岩塑性区的大小和位置特征,并提出了相应的隧道施工中应重点监测的位置,为类似条件下的软弱围岩施工提供了一定的参考。

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