鹧鸪山公路隧道测试、监测及围岩稳定性研究

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随着隧道支护设计理论不断发展,新奥法成为现代支护理论的典型代表,尤其是现场监控量测的应用,并与理论分析结合,发展为一种适应地下工程特点的和当前技术水平的新的设计方法—现场监控设计方法(信息化设计方法)。现场监控量测,动态设计,信息化施工已经成为当前隧道及其地下工程设计和建设的发展方向。 本文详细阐明鹧鸪山隧道区工程地质条件,运用现代测试、监测技术、数值计算手段等对隧道围岩稳定性进行系统研究,主要获得以下认识和研究成果: (1)系统、动态、信息化思想始终贯穿全文,形成了一套完整的公路隧道稳定性研究的技术方法体系。 (2)地应力场测试和模拟研究表明,隧道通过部位初始应力分布规律的总体特征可划分为近坡面浅表生改造带和深部应力平稳带。隧道中部大埋深地段,最大水平主应力一般都大于垂直主应力。量级在17~23Mpa左右,属于高应力地段。 (3)制定了一套适用于鹧鸪山隧道施工阶段的围岩分类方案,并研制了基于模糊逻辑推理的围岩类别快速判定系统,为围岩类别判定开辟了一条新的途径。 (4)通过位移监测分析,获取围岩稳定性信息,确定围岩松动圈范围为1~3m。最佳支护时间,Ⅳ类围岩为15~22天,Ⅲ类围岩为35~49天,Ⅱ类围岩为19~48天。为支护动态设计和信息化施工提供了准确信息和可靠依据。以此为基础进行围岩力学参数反演分析,获得侧压力系数为1.23~1.31,垂向应力14~18.40MPa,水平最大应力22.6Mpa。 (5)运用块体理论分析了隧道开挖后围岩的块体稳定问题。指出可能出现的局部块体的总体特征和一般性规律。块体可能的失稳方式主要为拱顶直接掉落、拱腰和边墙部位出现单滑面或双滑面滑动块体。 (6)数值模拟研究表明,隧道开挖后,主应力方向发生明显偏转,最大主应力与开挖临空面平行,最小主应力近于垂直。主应力量值也发生了较大改变,压应力可达25~32Mpa,其影响范围在隧道边墙外10~15m;拉应力集中在拱顶和底板中部约0.5m范围内,最大可达10Mpa;在拱腰和墙脚常为剪应力集中区,易发生塑性剪切破坏。 (7)数值模拟反映出,在各种支护措施条件下,围岩都有不同程度的塑性破坏区出现。在拱顶和底板以张性破坏为主,而在拱腰和墙脚以剪切破坏为主。喷层对围岩塑性破坏的限制作用显著。随着支护措施加强,塑性破坏区的范围明显减小。而且,锚杆支护对围岩变形有较好的控制作用,3.5m长锚杆可使拱顶下沉下降40%左右,底板隆起下降34%。 (8)通过监测和数值分析可知,初期支护施工一段时间后,围岩变形逐渐趋于稳定,监测锚杆最大受力为80KN(200MPa)其最小安全系数为1.7。钢拱架受力总体较小,其最大值一般在10~15KN以内。因此,支护结构的受力是合理的,也说明鹧鸪山隧道支护措施设计是安全可靠的。
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