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【6h】

山地城市土石混合体回填区隧道开挖稳定性及其影响因素研究

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目录

1 绪 论

1.1 选题研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 土石混合体研究现状

1.2.2 隧道开挖稳定控制研究现状

1.2.3 存在的问题

1.3研究内容、方法和技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究方法及技术路线

2 工程背景及隧道断面开挖支护设计

2.1 5101标园博中心站~丹鹤站区间

2.1.1 工程位置及范围

2.1.2 工程地质及水文地质条件

2.1.3 周边建(构)筑物分布情况

2.2 5104标和睦路站~人和站区间

2.2.1 工程位置及范围

2.2.2 工程地质及水文地质条件

2.2.3 周边建(构)筑物及管线分布情况

2.3 10105标上湾路站~环山公园站区间

2.3.1 工程位置及范围

2.3.2 工程地质及水文地质条件

2.4 回填区隧道典型断面开挖支护设计

2.4.1 园~丹区间典型断面开挖支护设计

2.4.2 和~人区间典型断面开挖支护设计

2.4.3 上~环区间典型断面开挖支护设计

2.5 本章小结

3 回填区隧道现场监控量测分析

3.1 监测目的与要求

3.2 现场监测内容及方法

3.2.1 地表沉降监测

3.2.2 拱顶下沉监测

3.2.3 水平收敛监测

3.2.4 二次衬砌内力监测

3.3 现场监测结果及分析

3.3.1 地表沉降监测结果及分析

3.3.2 拱顶下沉监测结果及分析

3.3.3 水平收敛监测结果及分析

3.3.4 二次衬砌内力监测结果及分析

3.4 本章小结

4 回填区隧道开挖稳定性数值模拟研究

4.1 多因素土石混合体建模软件GEO_SRM2D

4.1.1 建模基本原理

4.1.2 软件输入形式

4.2 多因素回填区隧道二维模型的建立

4.2.1 回填区隧道随机生成与建模

4.2.2 岩土体与支护结构参数的选取

4.2.3 数值模拟施工步序的设置

4.3 数值模拟计算结果与分析

4.3.1 隧道围岩应力分布模拟结果分析

4.3.2 隧道围岩变形特征模拟结果分析

4.3.3 计算结果与监测数据对比分析

4.4 均质土模型与多因素土石混合体模型对比验证

4.5 本章小结

5 回填区隧道开挖稳定性影响因素分析

5.1 引言

5.2 回填区隧道开挖影响因素分析

5.3 基于不同开挖影响因素的数值计算模型

5.3.1 模型的建立

5.3.2 模型参数的选取

5.4 不同影响因素数值模拟结果分析

5.4.1 不同埋深数值模拟分析

5.4.2 不同含石率数值模拟分析

5.4.3 不同支护方式数值模拟分析

5.4.4 不同开挖方法数值模拟分析

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 主要创新点

6.3 研究展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士期间发表的论文

B. 作者在攻读硕士期间参加的科研情况

C. 作者在攻读硕士期间参加的学术会议

D. 作者在攻读硕士期间所获得的荣誉

E. 学位论文数据集

致谢

声明

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摘要

重庆作为一个典型的山地城市,施工建设经常采用开山填谷的方式,在城市化进程中往往会形成深厚的土石混合体回填区。受回填历史及回填质量的影响,土石混合体回填土较松散,处于欠固结状态和持续沉降阶段,属于不良工程地质条件。当城市轨道交通隧道下穿深长回填土区时,将面临地层物理力学特性不明确、隧道设计参数无经验可寻、施工技术难度大等诸多工程问题,开展土石混合体回填区隧道开挖稳定性及其影响因素的研究具有重要的现实意义。  本文以重庆轨道交通五号线和十号线典型的暗挖隧道穿越深回填土区工程项目为依托,采用理论分析、现场监测和数值模拟相结合的研究手段,分析土石混合体回填区隧道开挖过程中围岩的应力和变形特征,研究不同影响因素对隧道开挖稳定性的影响规律。主要研究工作及成果如下:  ① 根据依托工程回填区隧道的地理位置、工程地质条件、水文地质条件及周边建(构)筑物及管线分布情况,基于隧道穿越回填土区段所采用的开挖及支护方式,确定了数值模拟的研究对象、模拟范围、岩土体和支护结构参数及施工步序等。  ② 根据依托工程实际情况,选取隧道回填土区段断面进行了地面沉降观测、水平收敛及拱顶沉降测量和二次衬砌内力监测,并采用MATLAB软件对其监测数据进行统计拟合,分析得到了其预留变形量和最终变形值范围,以及二衬的受力状态,为土石混合区隧道稳定控制提供参考。  ③ 基于工程实际情况和监测结果,应用多因素土石混合体岩土工程建模软件GEO_SRM2D建模,导入数值模拟软件Flac3D,按照实际施工步序及支护结构的布置,对回填区隧道的开挖进行了数值模拟,获得了隧道围岩每一步开挖过程中的应力分布情况和变形特征。通过与现场监测值对比,结果表明数值模拟结果比监测值大5%左右,两者变化规律基本相同,验证了数值计算模型的合理性。  ④ 将均质土模型与多因素土石混合体随机模型进行对比验证,土石混合体模型的计算值比监测值大5%左右,而均质土模型的计算值比监测值大18%左右,结果表明土石混合体模型比均质土模型能更准确地模拟开挖变形。  ⑤ 应用GEO_SRM2D和Flac3D建立了不同隧道埋深、含石率、开挖方法及支护方式的回填区隧道模型,分析得到了各因素对隧道围岩稳定性的影响规律。分析围岩的应力和位移,结果表明:随着隧道埋深的增加,应力和位移都将增大;随着含石率的增加,应力增大,位移减小;设置边墙砂浆锚杆后围岩应力有一定的增长,变形略微减小;相比较于采用环形开挖预留核心土法开挖的隧道,采用上下台阶法开挖的隧道围岩应力更大,位移更小。

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