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穿越富水破碎带隧道开挖围岩稳定性分析及施工方案优化

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摘要

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 围岩稳定性研究现状

1.2.2 隧道穿越破碎带施工力学行为研究

1.3 研究内容

第二章 小净距隧道施工技术研究及工程背景

2.1 小净距隧道施工技术研究

2.1.1 小净距隧道特征

2.1.2 小净距隧道分类

2.1.3 小净距隧道施工关键

2.2 工程背景

2.2.1 大坪尾隧道工程概况

2.2.2 富水破碎带段地质情况

2.3 本章小结

第三章 穿越破碎带段深埋小净距隧道施工方案优化

3.1 小净距隧道开挖先后顺序数值模拟研究

3.1.1 数值模型建立

3.1.2 左右洞开挖顺序对位移场的影响

3.1.3 左右洞开挖顺序对应力场的影响

3.1.4 左右洞开挖顺序对围岩塑性区的影响

3.2 不同施工方法的比较

3.2.1 模型的建立

3.2.2 施工方案的优劣的比较

3.3 本章小结

第四章 岩体渗流场研究及流固耦合分析

4.1 岩体结构

4.2 岩体渗流

4.3 岩体渗流理论

4.3.1 流固耦合原理

4.3.2 渗流场对应力场的影响

4.3.3 应力场对渗流场的影响

4.3.4 裂隙岩体的渗流模型

4.4 本章小结

第五章 隧道穿越富水破碎带的数值模拟

5.1 水对隧道的危害

5.1.1 水对隧道施工环境的影响

5.1.2 水对隧道运营环境的影响

5.2 渗流作用对隧道开挖的影响

5.2.1 模型的建立

5.2.2 地下水对隧道开挖渗流场的影响

5.2.3 地下水对隧道开挖应力场的影响

5.2.4 地下水对隧道开挖位移场的影响

5.2.5 地下水对隧道开挖塑性区的影响

5.3 隧道防排水方案的比较

5.3.1 隧道防排水主要思路

5.3.2 模型的建立

5.3.3 数值模拟结果分析

5.4 本章小结

结论

展望

参考文献

致谢

附录

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摘要

随着我国城镇化建设的推进,山岭隧道的需求与日俱增。由于在山区修建公路,受地形限制和交通选线的制约,不得不修建一些深埋小净距隧道。断层破碎带应属常见的不良地质类型,其低强度、高透水性使得围岩稳定性较差,开挖不当容易引发施工事故;此外在隧道的修建和运营中地下水也会对隧道支护结构产生渗流力的作用,影响隧道结构安全。选取怎样的施工方案以便隧道能安全高效的穿越富水破碎带并有效的控制地下水排放保证生态平衡是深埋小净距隧道在设计和施工中的面临的关键问题。针对这一问题,本文依托浙江省苍南县大坪尾隧道,通过勘查施工现场、收集有关资料、查阅相关文献、选用数值模拟分析方法对深埋小净距隧道穿越富水破碎带这一课题进行研究,主要研究内容如下:
  (1)整理了小净距隧道的特征、分类及其施工关键点,然后就大坪尾隧道的工程概况以及隧道穿越的富水破碎带段的水文地质情况进行了介绍。
  (2)在未考虑地下水的渗流作用的影响下,利用FLAC3D软件模拟隧道穿越破碎带的施工,通过比较不同施工方案下围岩的竖向位移、中夹岩柱水平位移、应力分布及围岩塑性区分布等结果,得到了本工程穿越破碎带时最优的隧道施工方案。
  (3)总结了岩体结构、岩体渗流等相关理论知识,并对岩体渗流场与应力场的流固耦合进行了数值推导,介绍了不同裂隙岩体渗流模型的特点。
  (4)在上述研究结果的基础上,基于流固耦合理论对隧道穿越富水破碎带的施工进行数值模拟,以隧道围岩稳定性为指标将其与未考虑流固耦合作用下的隧道开挖进行了比较,发现隧道穿越富水地带的开挖有必要考虑地下水渗流作用的影响。此外基于流固耦合理论以隧道左洞为例从衬砌水压力、二衬竖向位移以及隧道排水量等角度详细对比了不同防排水方案的优劣,得到了本工程最合适的防排水方案设计。

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