软弱破碎围岩隧道中管棚超前预支护技术研究

摘要

西部大开发的深入开展加速了其基础设施的建设步伐，由于西部地区多山少丘，地质复杂多变，在该地区修建的公路、铁路隧道必将有大部分穿越于软弱破碎地段。而管棚超前支护以其在山岭隧道中独特的优点必将得到更为广泛的运用。 目前，管棚超前预支护技术在隧道及地下工程建设领域有着广泛的运用和发展，对我国的地下工程技术人员来说也并不陌生。但就管棚法中的两种超前预支护技术而言，它们的力学行为特征、最适的围岩条件、设计及施工的合理性等方面还存在诸多的不确定性，有待我们作更为深入的研究，在国内，目前对于管棚的超前支护效果的数值模拟分析中以二维模拟分析较多，还很少看到对超前管棚进行三维数值模拟分析的文献，仅有的三维数值模拟分析也只是停留在对管棚支护作用的等效模拟上，无法考证管棚超前支护在隧道施工过程中具体的施工力学行为。而要想更为深入地研究管棚超前支护的施工力学行为，验证管棚设计参数的可靠性，不仅要求对管棚复合支护结构进行全真模拟，而且要对隧道的施工进行全过程的三维数值模拟分析，这样的工作做得较少。 本文将通过对管棚超前支护技术的设计、施工力学行为和施工方法等三大方面对管棚超前支护作较为详细的研究。尤其是在对管棚超前支护进行力学数值模拟分析时，对复合支护结构中的锚杆、喷砼和管棚等进行了全真模拟，并对隧道的施工过程进行了三维仿真模拟，得出了管棚超前支护在隧道施工过程中的力学行为特征，为以后管棚超前支护技术的设计研究提供了新的思路。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1本文研究的目的和意义

1.2国内外研究的现状

1.3本文的研究内容和方法

第二章管棚超前预支护技术

2.1超前预支护技术概念及其类型

2.1.1超前预支护技术的分类

2.1.2超前预支护技术的优缺点评价

2.2管棚超前预支护技术原理

2.3管棚的用途及分类

2.3.1管棚用途

2.3.2管棚超前支护分类

2.4管棚超前预支护技术的应用和发展

2.5本章小结

第三章管棚支护下围岩和掌子面的稳定性评判

3.1不良地质条件下隧道开挖对围岩稳定的影响

3.1.1不良地质条件下隧道开挖围岩变形特点

3.1.2围岩稳定性评价方法

3.2管棚支护下围岩的稳定性评判新思路

3.2.1经验方法

3.2.2规范推荐方法

3.2.3围岩稳定性的评判新思路

3.3管棚支护下掌子面的稳定性评判

3.3.1边坡稳定分析方法

3.3.2管棚作用条件下的掌子面稳定分析

3.4本章小结

第四章管棚超前支护的设计方法

4.1管棚的设置原则及配置型式

4.1.1管棚的设置原则

4.1.2管棚的配置型式

4.2管棚支护机理

4.3注浆小导管的参数设计

4.4长管棚参数设计

4.5本章小结

第五章管棚支护的受力特点及三维有限元分析

5.1管棚受力特点分析

5.2管棚支护的地压分析

5.3管棚超前预支护的三维有限元力学模拟分析

5.3.1管棚超前支护效用数值模拟现状

5.3.2三维弹塑性问题的基本理论

5.3.3管棚超前支护模拟方法及计算模型的选定

5.3.4管棚超前预支护复合结构的力学模拟及计算参数的选定

5.3.5模型边界条件的确定

5.3.6三维有限元模拟施工过程的考虑

5.4三维有限元计算模型的建立

5.4.1计算模型本构关系的选择

5.4.2计算模型的建立

5.5模拟计算结果分析

5.5.1管棚支护在隧道开挖过程中的力学行为及其特征

5.5.2管棚支护条件下围岩的应力及变形分析

5.5.3管棚支护条件下支护结构的内力及变形分析

5.5.4管棚支护条件下掌子面的稳定性分析

5.6本章小结

第六章管棚支护的施工技术

6.1长管棚的施工技术

6.1.1长管棚的施工工艺流程

6.1.2长管棚洞口护拱或洞内工作室的设置

6.1.3长管棚的施工

6.1.4长管棚施工中易出现的问题、产生原因及处理方法

6.2注浆小导管的施工技术

6.2.1注浆小导管的工艺流程

6.2.2施工准备

6.2.2注浆小导管的施工方法

6.3本章小结

结论

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目