隧道出口段暗改明边坡开挖对小净距隧道的稳定性影响研究

摘要

由于地质情况和自然因素等原因，隧道初期支护变形过大导致侵限的现象时有发生，一般的处理方案有换拱和暗洞改明洞两种，而对于埋深浅、岩质差的洞口段来说，采取后一种方案显然更加安全。与此同时，这也将导致原设计的边仰坡位置沿隧道轴线方向往后移动，需要在既有隧道的上方进行大面积的开挖工程。随着边仰坡开挖的面积增大，影响的范围和程度也随之增加，开挖过程中必然会引起围岩应力重分布，使隧道产生附加位移，严重威胁既有隧道结构的安全。因此，如何预测暗改明时边仰坡开挖对隧道稳定性的影响以及合理选择控制隧道附加位移的工艺具有重要意义。　　本文依托具体工程背景，运用数值模拟和实测数据分析相结合的方法，研究了洞口段暗改明边仰坡开挖对小净距隧道的影响，主要内容如下：　　（1）分析了不同形式的开挖工程对下方既有隧道的影响机理，总结了影响隧道附加位移的相关因素；　　（2）结合具体工程背景，借助有限元软件MIDAS/GTS建立三维模型进行数值模拟分析。从附加位移的角度出发，研究了洞口段上方边仰坡开挖对小净距隧道的影响，得出了下方隧道的水平位移、竖向位移和纵向位移规律。结果表明：边仰坡开挖导致隧道纵向位移的范围有限且呈现不均匀隆起现象，位于开挖区域正下方的隧道附加位移以竖向位移为主，而位移开挖区域一侧的隧道附加位移以水平位移为主。　　（3）借助软件建立二维模型对典型断面进行更改参数的多工况模拟，分析了隧道拱顶剩余覆土厚度、隧道衬砌结构完整度和不同开挖方式等因素的改变对隧道附加位移的影响程度。结果表明：浅层开挖时隧道的拱顶位移变化受到卸荷量的影响较大，而到达一定的开挖深度后，隧道的拱顶位移变化更多的和拱顶剩余覆土厚度相关；卸荷量一定时，随着隧道拱顶剩余覆土厚度的减少，拱顶位置的附加位移增大，而拱底位置的附加位移不变；采取分层分块的开挖方式能够有效的控制下方隧道的附加位移速率。　　（4）总结了隧道内支撑等用来减小隧道附加位移的控制措施，介绍了具体工程的控制措施并对隧道和边坡的监控量测数据进行具体的分析。结果表明：隧道的拱顶位移实测值和数值模拟的结果都表现为拱顶位移向上，实测位移值小于数值模拟值，采取洞内反压回填和“T”字型钢架内支撑能够有效的控制隧道的附加变形，确保施工过程中的安全。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究方法和研究内容

2 开挖卸荷引起下方隧道变形的机理及影响因素分析

2.1 开挖卸荷引起下方隧道变形机理

2.1.1基坑开挖引起下方隧道变形的机理ue5cf

2.1.2边坡开挖引起下方隧道变形的机理

2.2 开挖卸荷引起下方隧道变形的特征

2.3 隧道附加变形的影响因素分析

2.3.1开挖区域和既有隧道之间的相对位置

2.3.2具体工程地质环境

2.3.3隧道自身刚度和类型

2.3.4地下水的影响

2.3.5支护结构的变形

2.3.6近接施工类型和规模

2.4 本章小结

3 边仰坡开挖对隧道稳定性影响的数值分析

3.1 工程背景

3.2 计算模型与工况

3.2.1 模型概况

3.2.2 假设条件

3.2.3 模型尺寸和材料参数

3.2.4 单元类型及边界条件

3.2.5 施工工况

3.3 计算结果分析

3.3.1 整体分析

3.3.2 边仰坡开挖对隧道水平位移的影响

3.3.3 边仰坡开挖对隧道竖向位移的影响

3.3.4 边仰坡开挖对隧道纵向位移的影响

3.4 参数分析

3.4.1 模型的建立

3.4.2 分层开挖

3.4.3 洞顶剩余覆土厚度

3.4.4 分块开挖

3.4.5 隧道衬砌健全度变化

3.5 本章小结

4 隧道变形控制及实测数据分析

4.1 控制准则

4.1.1 控制指标的确定

4.1.2 指标控制值的确定

4.2 控制措施

4.2.1 充分重视时空效应

4.2.2 影响区土体加固

4.2.3 围护结构

4.2.4 堆载

4.2.5 洞内支撑加固

4.3 工程实例

4.3.1 工程概况

4.3.2 施工工艺技术

4.3.3 控制措施

4.4 监控量测数据分析

4.4.1 隧道监测及数据分析

4.4.2 边仰坡监测及数据分析

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 基本结论

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果