高速公路隧道贯通段围岩稳定性研究

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1、高速公路隧道贯通段围岩稳定性研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：李臣林指导老师：唐建新教授专业：矿业工程学科门类：工学重庆大学资源及环境科学学院二O一七年十一月StudyonStabilityofSurroundingRockofHighwayTunnelinConnectSectionAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByLiCh

2、enlinSupervisedbyProf.TangJianxinSpecialty:MiningEngineeringCollegeofResourcesandEnvironmentalScienceofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaNovember,2017中文摘要摘要隧道是交通建设的重要构筑物之一，能有效地克服地形阻碍，减少交通建设里程。面对连绵起伏的山川，隧道长度也随着增加，为减少建设年限，提高掘进效率，往往需要两个以上的掘进头同时掘进，掘进头相遇的区域就称为贯通段。隧

3、道贯通段作为隧道建设的关键性工程，在隧道贯通期间，经常性地发生拱顶塌方或大变形现象，然而人们往往专注于事后塌方的处理措施，对于贯通段这一重点区域围岩的变形特征及变形机理认识还不够。本文从隧道施工力学及隧道掘进存在的空间效应出发，以理论分析、现场试验及数值模拟手段，较为系统地分析了贯通过程中，贯通区域拱顶围岩的变形及应力特征。最后，从掘进速度对围岩位移及应力释放的影响方面，分析了马嘴隧道左、右洞贯通时，隧道围岩变形差异的原因。高速公路隧道贯通段围岩稳定性研究结果表明：（1）以厚壁圆筒力学模型，分析了开挖后隧道围岩的应力

4、、位移分布情况，推导得出了应力释放系数与塑性区半径的表达式，并以MathCAD软件做出两者关系图，塑性区深度在应力释放系数较小时，增长的趋势也比较平缓，但当应力释放系数达到一个临界值时，塑性区半径随着应力释放系数的增加呈指数增长。（2）作用在支护结构上的应力，考虑应变软化影响时，支护阻力随塑性区的增加会有所增加。（3）以数值模拟分析了掌子面的位移分布特征，其呈现典型的“S”型特征。（4）通过现场试验得到了贯通区域围岩的拱顶位移曲线，出口侧变形符合空间效应理论。贯通时，进口侧受影响距离为15m，出口侧影响距离为30m。

5、（5）建立了贯通段三维模型，模拟结果表明，贯通后10m范围内，贯通断面处的拱顶沉降位移在两侧内最小。两侧30m范围内，进口侧断面距离贯通断面越远位移终值越小，出口侧断面距离越远位移终值却越大，两侧15m范围内受到的影响最大。（6）贯通后，出口断面的塑性区深度及范围有所增加，距离贯通点越近的断面塑性区更大，该范围内围岩应力释放程度更大，符合推导的应力释放与塑性区的关系。（7）掘进尺寸为2m时，出口断面围岩位移变化速率更小，应力释放程度也越小，且塑性区深度也较小，符合掘进影响的短期效应特征。不考虑水弱化、渗流和岩体弱化时

6、，模拟结果与实测数据时相符的。关键词：隧道贯通段，空间效应，位移曲线，应力释放，掘进速度I英文摘要ABSTRACTTunnelisoneoftheimportantstructuresoftrafficconstruction,whichcaneffectivelyovercometheterrainobstacleandreducethemileageoftrafficconstruction.Owingtorollingmountains,tunnellengthalsoincreases.Inordertore

7、ducetheconstructionperiod,andimprovetheefficiencyofexcavating,morethantwoconstraintsareconductedatthesametime,anditiscalled“connectsection”wheretwoconstraintsmeet.Tunnelconnectsectionistheoneofkeyprojectsoftunnelconstruction.Duringtheperiodoftunnelbreakthrough,

8、archcollapsedorlargedeformationphenomenonappearconstantly,butpeopletendtofocusontreatmentmeasuresafterthelandslide,what’sworse,theyhaveaknowledgeofdeformationcharacteristics