祁连山隧道硫磺沟斜井碎屑流地层围岩施工技术研究

论文摘要

随着西部山区铁路隧道的不断建设,隧道地质灾害也日益增多,由于西部地处高寒,岩体构造复杂,再加上山地广、水量多,这些特殊的地质条件和工程条件,使得隧道岩体的变形问题成为研究焦点,能否解决这一问题决定了隧道能否顺利施工。碎屑流作为一种特殊的地质灾害,它的出现,降低了围岩的自稳能力,并对周边岩体产生影响,从而造成隧道的坍塌,给施工人员的生命安全和设备安全造成直接威胁,也影响了整个隧道的施工进度。隧道穿越碎屑流地质是我国铁路隧道建设首次遇到的特殊地质,没有相应的理论基础,也没有相关的成功经验,因此必须根据现场实际情况,通过勘察调研,利用监测数据进行分析研究,了解其变形特性,研究出合理有效的施工措施,降低成本,保证施工安全,确保隧道的顺利完工。本论文以祁连山隧道硫磺沟斜井为实际工程背景,对斜井修建中遇到的碎屑流地层围岩变形问题,应用理论与实践相结合的方式,系统地研究碎屑流地层围岩变形特征,其研究工作和研究成果主要包括：●在工程地质勘察的基础上,利用祁连山隧道硫磺沟斜井已有的勘察设计资料,结合现场工程施工,对碎屑流地层围岩的工程地质背景做全面调查研究,分析碎屑流生成原因。●综合运用超前地质预报,采用TSP探测技术对前方进行地质预报,利用红外探水方法探测斜井前方的水体分布及含水构造,另外增加了水平钻孔,进行钻芯取样,更加准确地判定前方工程地质情况,为预加固方式和施工方法的选取提供地质依据。●对碎屑流进行了初步定义,在岩体力学和工程地质理论的基础上,依据现场勘查情况及监测数据,对碎屑流地层围岩变形破坏特征及其力学机制进行了分析归纳,提出针对隧道掌子面、涌水以及开挖支护的一系列处理措施,以确保隧道施工安全。●采用FLAC3D数值模拟软件建立三维有限差分地层-结构模型,利用德鲁克-普拉格（Drucker-Prager）塑性理论模拟斜井在碎屑流地层的开挖过程,得到碎屑流地层施工过程中的围岩变形,从而对其力学行为特性进行分析研究,得出碎屑流地层围岩在施工过程中的力学形态和变形特征,为碎屑流围岩施工提供相应的理论基础。●开展施工期间的围岩变形收敛监测,根据所得监测数据绘制收敛时间曲线和回归曲线,得到施工现场围岩实际变化形态,验证施工处理措施的合理性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.1.1 我国隧道建设现状
• 1.1.2 碎屑流的产生及研究意义
• 1.2 祁连山隧道硫磺沟斜井碎屑流问题
• 1.3 本文研究内容及目标
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 研究目标
• 第二章 祁连山隧道硫磺沟斜井区域地质条件
• 2.1 地层岩性
• 2.2 工程地质构造
• 2.3 水文地质特征
• 2.4 地震烈度和气象资料
• 2.4.1 地震烈度
• 2.4.2 气象资料
• 2.5 区域稳定性分析及评价
• 第三章 碎屑流地层围岩变形特性研究及控制对策
• 3.1 碎屑流地层围岩变形特性
• 3.1.1 碎屑流的定义
• 3.1.2 碎屑流地层围岩变形影响因素
• 3.1.3 碎屑流地层围岩变形破坏特征
• 3.1.4 碎屑流地层围岩变形破坏的力学机制
• 3.2 碎屑流地层地质预报分析
• 3.2.1 TSP超前地质预报
• 3.2.2 红外探测
• 3.2.3 钻探取芯
• 3.2.4 综合分析结果
• 3.3 碎屑流灾害现场处理措施
• 3.3.1 掌子面稳定措施
• 3.3.2 掌子面网喷混凝封闭
• 3.3.3 防排水措施
• 3.3.4 塌腔处理
• 3.4 碎屑流地层施工围岩变形控制对策
• 3.4.1 超前高位排水
• 3.4.2 双层小导管预加固
• 3.4.3 开挖方式选取
• 3.4.4 初期支护施工参数
• 3.5 小结
• 第四章 隧道围岩变形控制数值模拟
• 4.1 FLAC简介
• 4.2 计算模型建立
• 4.2.1 支护措施处理
• 4.2.2 材料模拟参数选取
• 4.2.3 网格划分及复杂地层模拟
• 4.3 数值模拟计算结果分析
• 4.3.1 围岩整体变形云图与分析
• 4.3.2 隧道部分断面施工过程变形云图与分析
• 4.4 小结
• 第五章 碎屑流地层围岩变形现场量测和数据分析
• 5.1 围岩变形现场量测的目的及意义
• 5.2 围岩变形现场量测的内容
• 5.2.1 量测项目
• 5.2.2 量测频率
• 5.2.3 量测基准
• 5.3 碎屑流地层围岩量测实施及数据分析
• 5.3.1 围岩变形量测时间曲线
• 5.3.2 围岩变形位移回归分析
• 5.4 小结
• 结论与建议
• 结论
• 建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目