高地应力凝灰岩隧道变形失稳机理及稳定性控制技术研究

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本文以矮拉山公路隧道为依托工程,采用现场调研、理论分析、回归分析、数值分析及现场试验等研究手段,对矮拉山公路隧道凝灰岩段大变形影响因素、破坏机理、变形控制技术展开了深入系统的研究,主要研究内容及成果如下:(1)通过施工现场大变形破坏情况调研、监控数据分析以及理论分析,得出凝灰岩大变形段破坏特征主要有:变形量大、变形速率快、变形持续时间长、变形具有集中优势部位、大变形多具有挤压大变形变而不塌的特点等。发生大变形破坏主要影响因素有:初始高地应力场、软弱凝灰岩、施工工法、支护措施以及地下水等,揭示了该段大变形破坏机理。(2)以矮拉山公路隧道的水压致裂法测试实测值为基础,综合数值模拟和回归分析,建立了隧道三维地质模型,得到了隧道初始应力场线性回归方程,并探明了隧道凝灰岩地段轴线方向上地应力值及分布规律。(3)基于蠕变效应探明了矮拉山隧道凝灰岩地段开挖变形规律,并据此划分了矮拉山隧道的大变形等级。(4)调研国内外已建或在建典型软岩大变形隧道支护参数和变形控制技术,总结大变形已施工段支护参数和变形控制技术,得出本工程支护参数优化关键技术,采用数值模拟分析与现场验证的研究手段选出了凝灰岩大变形段适宜支护方案。采用数值模拟研究了不同开挖工法对高地应力下凝灰岩围岩的影响规律,结果表明两台阶预留核心土法适宜性较好。(5)以支护安全为前提,提出矮拉山隧道大变形段极限位移建议值,以此提出不同等级大变形预留变形量,并建立大变形段的监测变形管理等级标准,以此来判定支护结构稳定性和安全性,从而有效指导施工。以上研究成果在矮拉山公路隧道凝灰岩地段施工中获得了较好的应用,成功治理了凝灰岩段大变形问题,保证了现场的施工质量和安全,并可为类似工程提供参考。
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