双层初期支护在大变形隧道中的应用技术研究
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摘要
随着中国铁路隧道的不断发展,隧道施工中经常遇到大变形的灾害,隧道发生大变形后难免会出现施工安全隐患、施工进度延缓、造价攀升、施工质量降低等一系列问题,为避免在施工中出现大变形而导致的重复施工,对于易产生大变形的隧道工程进行机理的研究,掌握大变形的发生、发展规律,采取合理的施工措施,不等灾害发生即可得到治理,可最大限度的减少损失。隧道大变形的处置方式多种多样,不同的大变形处置方式有不同的支护效果。
本文以牡绥线扩能改造工程兴源隧道的现场地质状况、设计方案、施工方法、围岩大变形状况等为研究对象,采用理论分析、地质分析、现场试验、模型计算等手段研究双层初期支护在大变形隧道中的应用效果。其研究的主要内容如下：
(1)综合分析大变形隧道的变形规律,确定其发生大变形的原因,研究隧道大变形不同处置方案。
(2)对双层初期支护的力学理论基础进行分析,研究双层初期支护施设过程中存在不同力学传递方式,分析双层初期支护的受力机理及横截面应力分配特征,针对围岩荷载的受力机理采取可靠的支护方式。
(3)利用MIDAS/GTS、FLAC3D两种分析软件,结合现场实际,建立隧道双层初期支护结构分析二维与三维模型,分析结构在施工过程中的受力变化规律,计算结构不同部位的安全系数,最终确定双层初期支护一二层厚度合理的分配方式,第二层初期支护施设的合理时机,结合现场监控量测数据确定合理的预留变形量,同时分析系统锚固对结构安全的影响。
(4)对兴源隧道双层初期支护段落进行现场监控量测,并对监控量测数据进行分析处理,分析双层初期支护施工中的薄弱部位,评价双层初期支护在兴源隧道的应用效果。之后根据现场监控数据指导施工,保证隧道施工安全,同时也为双层初期支护的设计参数提供了可靠的事实依据。
With the continuous development of railway tunnel in China, the tunnel construction often encountered the large deformation disasters, when large deformation occurred in the tunnel construction,there will inevitably be safety hidden trouble、construction schedule delay、cost rising、the reduced construction quality and a series of problems,to avoid the repeated construction caused by the construction of large deformation, studying on the mechanism of easy generating large deformation of the tunnel project,controlling the occurrence and development of large deformation regularity, taking reasonable construction measures, disaster has been managed before it occurred,so that we can minimize the loss.There are different ways in treating tunnel's large deformation, the different ways of disposal of large deformation with different supporting effect.
This article based on the xingyuan tunnel in revamping/expansion of Musui region line engineering,studying the site geological conditions, design scheme, construction method, the condition of large deformation of surrounding rock and so on, it uses the theoretical analysis、 geological analysis、field experiment、model calculation and so on to research the double primary support in large deformation tunnel's effect.The main content of the research are as follows:
(1) The article comprehensive analyses the regularity of the large deformation tunnel,determines the causes of the large deformation, studies different disposal schemes on the large deformation tunnel.
(2) Article analyses the basis of mechanics theory in the double primary support, studies the different mechanical transmission ways existing in the construction process of the double primary support, analyses the stress mechanism of the double primary support and the stress distribution characteristics on the cross section, according to the stress mechanism of the surrounding rock loading taking reasonable supporting ways.
(3) We use two finite element analysis software MIDAS/GTS, FLAC3D, Combined with the actual, set up the2d and3d analysis model of the double primary support structure in the tunnel, analyse the structure's stress changing law in the construction process, calculate the safety coefficient from the different parts of the structure, ultimately determine the distribution way of the first and second layer thickness of the double primary support, the reasonable time to the second initial supporting facilities, combined with field monitoring data to determine the reasonable reserve deformation, at the same time analyse the anchoring system effect on structure safety.
(4Construction organization does on-site monitoring measurement at the double primary support passages in xingyuan tunnel, and process the monitoring data, analyses the weak positions during the construction of the double primary support, evaluate the application effect of the double primary support in xingyuan tunnel. And then guides the construction According to the scene monitoring data, ensures the safety of tunnel construction, as well as provides a reliable basis parameters in the design of double primary support.
本文以牡绥线扩能改造工程兴源隧道的现场地质状况、设计方案、施工方法、围岩大变形状况等为研究对象,采用理论分析、地质分析、现场试验、模型计算等手段研究双层初期支护在大变形隧道中的应用效果。其研究的主要内容如下：
(1)综合分析大变形隧道的变形规律,确定其发生大变形的原因,研究隧道大变形不同处置方案。
(2)对双层初期支护的力学理论基础进行分析,研究双层初期支护施设过程中存在不同力学传递方式,分析双层初期支护的受力机理及横截面应力分配特征,针对围岩荷载的受力机理采取可靠的支护方式。
(3)利用MIDAS/GTS、FLAC3D两种分析软件,结合现场实际,建立隧道双层初期支护结构分析二维与三维模型,分析结构在施工过程中的受力变化规律,计算结构不同部位的安全系数,最终确定双层初期支护一二层厚度合理的分配方式,第二层初期支护施设的合理时机,结合现场监控量测数据确定合理的预留变形量,同时分析系统锚固对结构安全的影响。
(4)对兴源隧道双层初期支护段落进行现场监控量测,并对监控量测数据进行分析处理,分析双层初期支护施工中的薄弱部位,评价双层初期支护在兴源隧道的应用效果。之后根据现场监控数据指导施工,保证隧道施工安全,同时也为双层初期支护的设计参数提供了可靠的事实依据。
With the continuous development of railway tunnel in China, the tunnel construction often encountered the large deformation disasters, when large deformation occurred in the tunnel construction,there will inevitably be safety hidden trouble、construction schedule delay、cost rising、the reduced construction quality and a series of problems,to avoid the repeated construction caused by the construction of large deformation, studying on the mechanism of easy generating large deformation of the tunnel project,controlling the occurrence and development of large deformation regularity, taking reasonable construction measures, disaster has been managed before it occurred,so that we can minimize the loss.There are different ways in treating tunnel's large deformation, the different ways of disposal of large deformation with different supporting effect.
This article based on the xingyuan tunnel in revamping/expansion of Musui region line engineering,studying the site geological conditions, design scheme, construction method, the condition of large deformation of surrounding rock and so on, it uses the theoretical analysis、 geological analysis、field experiment、model calculation and so on to research the double primary support in large deformation tunnel's effect.The main content of the research are as follows:
(1) The article comprehensive analyses the regularity of the large deformation tunnel,determines the causes of the large deformation, studies different disposal schemes on the large deformation tunnel.
(2) Article analyses the basis of mechanics theory in the double primary support, studies the different mechanical transmission ways existing in the construction process of the double primary support, analyses the stress mechanism of the double primary support and the stress distribution characteristics on the cross section, according to the stress mechanism of the surrounding rock loading taking reasonable supporting ways.
(3) We use two finite element analysis software MIDAS/GTS, FLAC3D, Combined with the actual, set up the2d and3d analysis model of the double primary support structure in the tunnel, analyse the structure's stress changing law in the construction process, calculate the safety coefficient from the different parts of the structure, ultimately determine the distribution way of the first and second layer thickness of the double primary support, the reasonable time to the second initial supporting facilities, combined with field monitoring data to determine the reasonable reserve deformation, at the same time analyse the anchoring system effect on structure safety.
(4Construction organization does on-site monitoring measurement at the double primary support passages in xingyuan tunnel, and process the monitoring data, analyses the weak positions during the construction of the double primary support, evaluate the application effect of the double primary support in xingyuan tunnel. And then guides the construction According to the scene monitoring data, ensures the safety of tunnel construction, as well as provides a reliable basis parameters in the design of double primary support.
引文
[1]关宝树.隧道工程施工要点集[M].人民交通出版社.2003.1.
[2]夏才初,唐颖,朱合华,彭裕闻等.大断面岩石隧道双层初期支护系统设计方法[CN].中华人民共和国国家知识产权局.2011(6)
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[4]易国建.全风化花岗岩初支连拱隧道施工技术[J].城市建设理论研究.2012(12)：1-4
[5]马栋,李庚许.宜万铁路大支坪隧道+ 990岩溶治理技术[J].中国工程科学.2009(12)：53-60
[6]曹学强,王洪昌,崔健等.隧道空洞落石对衬砌结构安全性影响分析[J].公路.2013(3)：219-223
[7]窦全安,高法民,李廷文.深井软岩大断面硐室群锚网索双层组合拱支护技术研究[J].巷道矿压理论与支护技术编.2005(6)：233-236
[8]赵勇.隧道软弱围岩变形机制与控制技术研究[D].博士论文.北京交通大学.2012
[9]郭富利.堡镇软岩隧道大变形机理及控制技术研究[D].博士论文.北京交通大学.2009
[10]孙伟亮.堡镇隧道高地应力顺层偏压软岩大变形段的快速施工技术[J].隧道建设.2009(1)：76-81
[11]左贵方.堡镇隧道软岩大变形地段施工方案[J].西部探矿工程.2006(1)：157-159
[12]王水善.堡镇隧道软岩高地应力地层大变形控制关键技术[J].隧道建设.2009(2)：227-231
[13]王树栋.复杂地应力区隧道软弱围岩大变形控制技术研究[D].博士论文.北京交通大学.2010
[14]陈志敏.高地应力软岩随道围岩压力研究和围岩与支护结构相互作用机理分析[D].博士论文.兰州交通大学.2012
[15]孙明磊,李文江,贾晓云.高地应力条件下软岩大变形隧道极限位移计算模拟[J].石家庄铁路职业技术学院学报.2006(1)：6-11
[16]李海洋.高速公路软弱围岩隧道大变形数值模拟与应用研究一以火车岭隧道大变形为例[D].硕士论文.中国地质大学.2007
[17]范为华.共和隧道施工围岩稳定性及衬砌可靠度研究[D].硕士论文.重庆大学.2009
[18]赵旭峰.挤压性围岩隧道施工时空效应及其大变形控制研究[D].博士论文.同济大学.2007
[19]陈涛.某隧道软岩大变形防治问题的探讨[J].石家庄铁道学院学报.2008(1)：39-42
[20]刘国庆.木寨岭隧道软岩大变形段支护措施研究[J].现代隧道技术.2011(4)：135-147
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[23]武建广.木寨岭隧道软岩段大变形原因分析及对策[J].西部探矿工程.2011(2)：199-202
[24]李权.软岩大变形公路隧道变形规律及控制技术研究[D].硕士论文.西南交通大学.2009
[25]黄林伟.软岩隧道大变形力学行为与控制技术的研究[D].硕士论文.重庆大学.2008
[26]刘钦.炭质页岩隧道软弱破碎围岩大变形机理与控制对策及其应用研究[D].博士论文.山东大学.2011
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[30]刘中华.雅泸高速大相岭泥巴山隧道围岩大变形研究[D].硕士论文.西南交通大学.2009
[31]齐明山.大变形软岩流变性态及其在隧道工程结构中的应用研究[D].博士论文.同济大学.2006
[32]夏勇.炭质页(泥)岩隧道施工大变形防治措施[J].山西建筑.2013(4)：201-202
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[40]韩晓锋.二次支护工艺在潘一矿东部暗副斜井施工中的应用[J].矿山建设工程新进程—全国矿山建设学术会议文集(上册).2012(4)：637-640
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[43]徐坤,王志杰,张亦龙.基于地质雷达技术隧道安全性评价研究[J].地下空间与工程学报.2013(4)
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[45]Steiner W. Swelling rock in tunnels:rock characterization, effect of horizontal stresses and construction procedures[J]. Int. J. Rock Mech.Min. Sci. and Geomech. Abstract,1986.
[46]Anagnostou G, Kovari K. Quantitative interpretation of floor heavesin a tunnel through Marl [A]. In:Proc.8th ISRM Cong.[C]. [s.l.]:A. A. Balkema,1995.
[47]Anagnostou G, Kovari K. Quantitative interpretation of floor heavesin a tunnel through Marl [A]. In:Proc.8th ISRM Cong.[C]. [s.l.]:A. A. Balkema,1995.
[48]Madsen F T, Fluckider A, Hauber L, et al. New investigation on swelling rocks in the Belchen Tunnel, Switzerland[A]. In:Proc. the8th ISRM Cor\g.[C]. [s.1.];A. A. Balkema, 1995.
[49]陈育民,徐鼎平FLAC/FLAC3D基础与工程实例[M].中国水利水电出版社.2009.1
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[54]陈卫忠,田洪铭,杨阜东,耿亚梅.泡沫混凝土预留变形层对深埋软岩隧道长期稳定性影响研究[J].岩土力学.2011(9)：2577-2583
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[58]WengeQiu,JunruZhang,DongmeiLi,Design of replaeeable structural lining sements, Undergro und Space,WTC2007:1457-1460
[59]E.Hoek and E.Brown.Underground excavations in rock[J].The institute of Mining and Metallurgy,London,1980,382-395
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[63]胡金海.八车道连拱隧道围岩内部位移监测分析[J].施工技术.2012(356)：95-98
[64]马涛,赵书学,李德武.大跨度黄土隧道钢拱架应力量测与分析[J].公路交通科技.2008(01)：159-163
[65]文竞舟,张永兴,王成,姜兆华.钢拱架应力反分析隧道初期支护力学性能的研究[J].土木工程学报.2012(2)：170-175
[66]李德武,李培天,高峰,赵书学.黄土隧道钢拱架受力量测与有限元分析[J].公路.2005(8)：180-183
[67]袁潇.沙子垭隧道现场监测及钢拱复合支护结构力学行为研究.硕士论文.重庆交通大学.2007
[2]夏才初,唐颖,朱合华,彭裕闻等.大断面岩石隧道双层初期支护系统设计方法[CN].中华人民共和国国家知识产权局.2011(6)
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[67]袁潇.沙子垭隧道现场监测及钢拱复合支护结构力学行为研究.硕士论文.重庆交通大学.2007