【博士】山嶺隧道開挖災(zāi)害預防與控制技術(shù)研究【2008】

內(nèi)容簡介

　　學科專業(yè)：巖土工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：中南大學　　學位年度： 2008年　　隨著公路建設(shè)大力發(fā)展高等級公路和完善中西部公路網(wǎng)交通工程的不斷進行，高速公路和高等級公路的建設(shè)逐漸從平原、微丘區(qū)向山嶺重丘區(qū)等地延伸，公路隧道的建設(shè)越來越不可避免，并且在公路建設(shè)中所占的比重越來越高。在這種發(fā)展趨勢下，由于山區(qū)復雜的應(yīng)力場環(huán)境和不同巖體結(jié)構(gòu)條件，隧道開挖施工過程中不可避免的會遇到許多工程災(zāi)害問題。本文在湖南省交通科技項目和國家自然科學基金重大項目資助下，對山嶺公路隧道在開挖施工、建設(shè)過程中所遇到的工程災(zāi)害問題進行了系統(tǒng)研究。主要研究內(nèi)容和成果如下：　　(1)基于距離判別分析理論，考慮影響隧道圍巖類別的定性和定量因素，選用7項指標作為判別因子，利用大量工程實例的數(shù)據(jù)作為學習樣本，建立了隧道圍巖類別判定的距離判別分析模型，并利用回代估計法進行檢驗。研究結(jié)果表明，該模型比較穩(wěn)定，判別能力較強。將該模型運用實際公路隧道工程的圍巖類別判定中，判別結(jié)果和實際情況一致?！　?2)基于Bayes判別分析理論，從圍巖應(yīng)力、巖性和能量三個方面出發(fā)，選定圍巖最大切向應(yīng)力與巖石單軸抗壓強度之比、巖石單軸抗壓強度與抗拉強度之比和彈性能量指數(shù)作為巖爆預測的判別指標，利用國內(nèi)外大量典型地下工程巖爆實測資料作為學習樣本，建立了巖爆發(fā)生可能性及其烈度分級預測的Bayes判別分析模型。將該模型運用到國內(nèi)深埋公路隧道的巖爆預測中，判別結(jié)果完全符合現(xiàn)場巖爆情況，為巖爆預測問題提供了一條有效途徑?！　?3)利用有限差分軟件FLAC3D，對富水地段公路隧道進行三維流固耦合分析，考慮了地下水滲流作用對公路隧道的開挖影響，研究了隧道開挖地下水滲流分布規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)：圍巖孔隙水壓力場分布隨隧道開挖逐步發(fā)展成一個以隧道開挖區(qū)域為中心的近似于滲水漏斗的分布形狀，圍巖類別和隧道埋深對滲流場的分布形式影響不大，流動矢量表明連拱隧道開挖后滲漏水多發(fā)部位主要集中在拱部和邊墻上，在隧道施工中做好地下水的良性排放十分必要。　　(4)分析了各種工程狀況：圍巖類別、隧道埋深、地下水水位、施工工法以及偏壓對隧道穩(wěn)定性的影響。研究結(jié)果表明：圍巖類別對隧道穩(wěn)定性的影響最大。同一類別圍巖在相同的施工工藝情況下，埋深越大，圍巖的穩(wěn)定性越不利，圍巖塑性區(qū)分布范圍隨埋深的增大而增加。山體初始地下水位對公路隧道圍巖的穩(wěn)定性存在一定影響，隨著地下水位的下降，隧道拱底涌起量基本呈線性減少，且遞減幅度較大。圍巖塑性區(qū)分布范圍也隨地下水位的下降而減少。通過支護結(jié)構(gòu)受力分析，發(fā)現(xiàn)連拱隧道中拱墻和仰拱的接觸部位噴射混凝土層的局部受力較大，因此，在初期支護達到一定強度后，應(yīng)盡早實施二次襯砌，以避免發(fā)生局部開裂破壞而導致隧道滲水等不良病害現(xiàn)象?！　?5)根據(jù)理論研究成果，提出了一系列針對性極強的防排水綜合控制技術(shù)措施，具體包括：富水段超前地質(zhì)預報、超前環(huán)向孔帷幕注漿堵水技術(shù)、噴射抗?jié)B混凝土、新型粘貼式集水排水系統(tǒng)、隧道底板涌水的盲溝集排水等技術(shù)，并把這些防排水措施與初始防排水設(shè)計和地下工程防水技術(shù)規(guī)范要求緊密結(jié)合，通過現(xiàn)場實施證明，取得了良好的防排水效果。首次提出的隧道工程新型粘貼式集排水系統(tǒng)，利用泄水孔與彈性集水槽相結(jié)合，圍巖的滲水流入集水槽，然后引入環(huán)向或縱向排水盲管，該系統(tǒng)的集水率達到85％，使得噴射混凝土和防水布安裝在無水或小水條件下進行，提高了其施工質(zhì)量，增強了隧道防排水效果，具有較大的推廣應(yīng)用前景?！　?6)利用連拱隧道周邊位移監(jiān)控量測結(jié)果對連拱隧道圍巖．支護系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行了分析。從量測斷面的水平位移收斂歷程基本類似，收斂曲線最終全部趨于收斂，最終收斂位移相差相對較小。利用修正的雙曲線函數(shù)，對隧道左右洞室總體的水平收斂位移進行了回歸分析，分析結(jié)果完全滿足各項設(shè)計規(guī)范的規(guī)定。最后針對位移判別具有不確定性的特點，利用模糊概率方法對隧道的整體穩(wěn)定程度進行了分析。　　

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