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《西南交通大学》 2009年
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双护盾TBM开挖深埋隧洞围岩稳定性研究

苏华友  
【摘要】: 与钻爆施工法相比,TBM法对围岩产生的扰动较小,能充分保护围岩的自身强度,有效利用围岩的自稳能力,减轻隧洞支护结构的自重,节约工程材料,并能保证隧洞施工的安全、高效、优质和环保。TBM已经广泛应用于水利水电、公路铁路、矿山及国防等行业的地下工程建设之中。但如何确保TBM在有松散性围岩、挤压性围岩、地下水发育、高地应力等复杂地质条件下的深埋长大隧洞中仍然能安全、连续、高效的施工,这是TBM施工中很关键且无法回避的现实问题,也是TBM隧洞围岩稳定性研究的热点与难点问题之一。 采用微地震技术对施工中的大型水工隧洞围岩稳定性进行动态监测,试验结果表明,岩体微破裂时序特征与空间分布特性都清楚地显示出在导流洞、交通洞及勘探洞的交界区域因强应力集中而导致的岩体破裂,并发现岩体破裂程度会随着施工结束及时间推移而减小,以此推断出该交界区域岩体内应力被逐渐释放而趋于稳定的状态。与此同时还在导流洞内已有的顶板冒落区附近监测到较强的微地震事件,这些事件的时空分布有助于进一步分析该顶板动态演化的发展趋势。在此基础上,建立了以微地震事件频数与时间关系曲线的二阶导数来推测围岩稳定状态的方法,给出了微地震事件频率与传播距离的理论计算公式,提出了以微地震的空间分布、时间分布、能级变化与尺度效应等指标的综合值来判断围岩稳定的方法,并初步给出了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等四个级标准,为探索TBM隧洞地质微地震超前预报新方法的建立指明了方向。 根据弹性力学理论及Hoek-Brown强度准则,研究了TBM开挖深埋隧洞围岩的变形特征及其力学效应问题,提出了围岩支护压力折减量(?)的新概念,给出了围岩塑性区半径、洞壁周边位移、最大支护压力等理论计算公式,并将理论计算结果与相关现场实测数据进行了分析对比,证实了理论计算公式的可靠性。在此基础上,讨论了TBM滚刀推力与岩石单轴抗压强度、岩体类型、岩体完整性等因素的关系,得出了以滚刀推力表示的洞壁位移方程,由此建立了TBM开挖与围岩性质的内在联系,对TBM施工有一定的实际指导意义。 在具体分析深埋隧洞条件下松散性、挤压性围岩影响双护盾TBM施工的基础上,分别研究了聚氨酯化学灌浆的工艺流程、化学灌浆固结松散性围岩前后的数值计算模型、挤压性地层埋深与双护盾TBM卡机的关系以及挤压性围岩的数值计算模型。提出了化学灌浆固结松散性围岩合理厚度的计算方法,确定了减压支洞与主隧洞之间洞壁厚度的最佳值,从而改变了目前施工中多以经验方式确定灌浆厚度和洞壁厚度的局面,为指导双护盾TBM快速穿过不良地质地段有重要的现实意义。 按支护衬砌方式的不同将双护盾TBM隧洞围岩支护分为钢体护盾支护段和管片衬砌段。在钢体护盾支护段,研究了护盾与围岩间摩擦阻力的计算方法,讨论了影响摩擦阻力大小的因素,并根据Hoek-Brown强度准则,计算了围岩在理想的弹性与塑性条件下钢体护盾所承受的围岩压力大小,解释了允许双护盾TBM有一定超挖的重要意义。在管片衬砌段,建立了四边形管片衬砌结构的梁——弹簧计算模型,研究了三种典型围岩条件下四边形管片衬砌结构的内力分布规律;将六边形管片——灌浆砼层——围岩作为三位一体结构系统,建立了相应的数值计算模型,并对一个工程实例进行了数值模拟计算,结果表明该管片的强度富裕程度为31%,说明管片的设计是过于安全,有待作进一步的优化设计。 最后,应用损伤力学的基本原理,研究了灌浆砼层在受压条件下微裂纹服从Weibull分布的损伤演化方程,讨论了方程中的两个参数F_0和m的具体含义。建立了以损伤效应为基础的灌浆砼层数值计算模型,发现灌浆砼层最大主应力的理论计算值与实际测试值是相符合的,研究成果对指导灌浆砼层的设计与施工有一定的实际意义。
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TV223.1

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 戴永浩;陈卫忠;于洪丹;章跃林;;大坂膨胀性泥岩引水隧洞长期稳定性分析[J];岩石力学与工程学报;2010年S1期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 戴永浩;陈卫忠;于洪丹;章跃林;;大坂膨胀性泥岩引水隧洞长期稳定性分析[A];第十一次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 陈平;重叠地铁区间隧道TBM施工的数值模拟[D];兰州交通大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘庭金,朱合华,唐春安;围岩卸载损伤演化及应力场调整有限元分析[J];地下空间;2002年04期
2 朱伟,胡如军,钟小春;几种盾构隧道管片设计方法的比较[J];地下空间;2003年04期
3 倪江川;陈运泰;陈祥熊;;地震矩张量及其反演[J];地震地磁观测与研究;1991年05期
4 何满潮,景海河,孙晓明;软岩工程地质力学研究进展[J];工程地质学报;2000年01期
5 尚彦军,王思敬,薛继洪,曲永新;万家寨引黄工程泥灰岩段隧洞岩石掘进机(TBM)卡机事故工程地质分析和事故处理[J];工程地质学报;2002年03期
6 刘光尧;渗透系数概念发展的回顾[J];工程勘察;1997年02期
7 于宁,朱合华;复杂地层条件下管片设计与计算方法研究[J];工业建筑;2004年04期
8 张镜剑;长隧道中隧道掘进机的应用[J];华北水利水电学院学报;2001年03期
9 胡夏嵩,赵法锁;低地应力区地下洞室初始和二次应力离散元模拟[J];金属矿山;2004年11期
10 逄焕东,姜福兴,张兴民;微地震监测技术在矿井灾害防治中的应用[J];金属矿山;2004年12期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 何思明;预应力锚索作用机理研究[D];西南交通大学;2004年
2 席先武;松动岩体群洞围岩稳定性研究[D];长安大学;2004年
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1 从会涛;隧道动态设计方法与实用技术研究[D];铁道部科学研究院;2004年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 付志前;单向土工格栅加筋土的流变模型[J];四川建筑科学研究;2004年02期
2 郭艳华;郭志昆;;岩土工程反分析的初步探讨[J];四川建筑科学研究;2006年03期
3 李月;刘立;李玉梅;张中兴;梁伟;;地基层状岩石纵波波速与密度相关性试验研究[J];四川建筑科学研究;2009年01期
4 张磊;岑国平;顾强康;;基于强度折减法的岩溶区高填土地基稳定性分析[J];四川建筑科学研究;2011年04期
5 陈国栋;王荣辉;;拟建的重庆市琴韵广场对小龙坎铁路隧道影响分析[J];四川建筑科学研究;2011年05期
6 刘必胜;生石灰粉在二灰碎石混合料路基基层中的合理使用[J];安徽地质;2002年04期
7 李亮,方习勇;用曲线积分法计算洪水流量的分析[J];安徽地质;2002年04期
8 崔可锐;侯方;;安徽芦岭—朱仙庄煤矿的构造特征和构造演化[J];安徽地质;2004年03期
9 孙狂飙;邓文龙;;隧道现场围岩级别判定方法探讨[J];安徽地质;2009年01期
10 杨为民,李占强,周治安;岩体结构面对巷道工程稳定性影响的初步研究[J];安徽地质;1994年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张志毅;孟海利;杨年华;薛里;;爆炸加固软土地基机理的试验研究[A];中国力学学会工程爆破专业委员会《2011全国爆破理论研讨会》论文选编[C];2011年
2 林达明;尚彦军;孙福军;孙元春;吴锋波;刘志强;;岩体强度估算方法研究及应用[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届(2011年度)学术年会论文集(中)[C];2012年
3 祁生文;伍法权;;基于模糊数学的TBM施工岩体质量分级研究[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届(2011年度)学术年会论文集(中)[C];2012年
4 薛雷;孙强;秦四清;刘汉东;黄鑫;;非均质边坡强度折减法折减范围研究[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届(2011年度)学术年会论文集(中)[C];2012年
5 马超锋;李晓;成国文;赫建明;;大跨度公路隧道围岩动态分级的Bayes优化[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届(2011年度)学术年会论文集(中)[C];2012年
6 章仕灵;邵顺安;陈海兵;李先章;邓涛;;闽南风化凝灰熔岩强度特性的试验研究[A];运营安全与节能环保的隧道及地下空间建设第2届学术研讨会交流报告[C];2011年
7 黄明利;伍志勇;徐飞;;城市环境下TBM施工对周边环境影响的监测与分析[A];第二届隧道掘进机(盾构、TBM)专业委员会第一次学术研讨会暨中铁隧道集团城市盾构项目管理、施工技术、设备维保交流会论文集[C];2011年
8 崔强;刘卡丁;;超大地下停车场结构抗浮及防排水案例分析[A];中国土木工程学会隧道与地下工程分会防水排水专业委员会第十五届学术交流会论文集[C];2011年
9 蔡光顺;段海峰;江昌民;董山;;综采工作面无线传输矿山压力监测系统应用研究[A];2010全国采矿科学技术高峰论坛论文集[C];2010年
10 盛建红;廖文景;李伟明;;高山石膏矿井下矿柱安全系数计算及分析[A];2010'中国矿业科技大会论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 魏风清;煤与瓦斯突出的物理爆炸模型及预测指标研究[D];河南理工大学;2010年
2 赵同彬;深部岩石蠕变特性试验及锚固围岩变形机理研究[D];山东科技大学;2009年
3 陈绍杰;深部条带煤柱长期稳定性基础实验研究[D];山东科技大学;2009年
4 李伟;深部巷道围岩稳定性安全控制原理与应用研究[D];山东科技大学;2010年
5 贾瑞生;矿山开采沉陷三维建模与可视化方法研究[D];山东科技大学;2010年
6 杨勇;压力敏感性材料裂纹尖端场的研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
7 杨敬源;井壁稳定性若干力学问题的研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
8 王猛;煤矿深部开采巷道围岩变形破坏特征试验研究及其控制技术[D];辽宁工程技术大学;2010年
9 付文俊;矿井封闭火区救灾辅助决策系统研发[D];辽宁工程技术大学;2010年
10 王学庆;考虑土—结构动力相互作用的巨型框架隔震悬挂结构动力响应分析[D];辽宁工程技术大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 苏发强;新义煤矿三软煤层巷道围岩稳定与支护技术研究[D];河南理工大学;2010年
2 桑培淼;注水强化松软煤壁稳定性的规律及工艺参数研究[D];河南理工大学;2010年
3 呼庆华;近井筒开采引起覆岩移动变形破坏规律及其治理技术研究[D];河南理工大学;2010年
4 唐杰兵;平煤十一矿软岩破坏巷道修复治理研究[D];河南理工大学;2010年
5 尚群;赵庄矿3#煤层瓦斯抽采钻孔合理封孔深度研究[D];河南理工大学;2010年
6 宋家勇;安林煤矿炮放面矿压显现规律及顶煤冒放性预测研究[D];河南理工大学;2010年
7 潘建武;含单一天然弱面岩石试样的力学特性研究[D];河南理工大学;2010年
8 李波;义安矿水力冲孔卸压增透消突技术研究[D];河南理工大学;2010年
9 何寿迎;黄岛LPG地下储库稳定性分析及支护设计优化[D];山东科技大学;2010年
10 刘贞刚;煤岩体破裂的微地震响应特征研究[D];山东科技大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 钱七虎,李朝甫,傅德明;隧道掘进机在中国地下工程中应用现状及前景展望[J];地下空间;2002年01期
2 丁春林,肖广智,朱世友,周顺华;盾构施工引起隧道围岩和地面路基变形的预测分析[J];地下空间;2002年01期
3 苏枢,杜长青,程向民;万家寨引黄工程TBM施工段的地质问题及施工对策[J];水利水电技术;2001年04期
4 冉贤厚;;浅议全断面隧洞掘进机在引水隧洞施工中的应用[J];水利水电技术;2009年08期
5 张民庆,李建伟;TBM在软弱围岩中施工技术研究[J];铁道工程学报;2002年02期
6 钟登华,梅传书,刘春冬;隧道TBM施工管片衬砌三维计算模型[J];天津大学学报;2001年04期
7 陈卫军,朱忠隆;近距离交叠隧道研究现状及评析[J];现代隧道技术;2002年01期
8 朱合华,丁文其;地下结构施工过程的动态仿真模拟分析[J];岩石力学与工程学报;1999年05期
9 刘怀国;张劲;章跃林;;引黄工程南干线TBM施工探讨[J];岩石力学与工程学报;2003年S1期
10 尚彦军,史永跃,曾庆利,尹俊涛,薛继洪;昆明上公山隧道复杂地质条件下TBM卡机及护盾变形问题分析和对策[J];岩石力学与工程学报;2005年21期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 杜菊红;小间距隧道动态施工力学研究[D];同济大学;2008年
2 王霆;地铁浅埋暗挖法施工对邻近管线的影响与控制[D];北京交通大学;2009年
3 冷先伦;深埋长隧洞TBM掘进围岩开挖扰动与损伤区研究[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 黄克戬;地下洞室群开挖数值仿真研究与工程应用[D];武汉大学;2004年
2 肖石林;盾构机隧道施工的管片设计及有限元分析[D];武汉大学;2004年
3 南康;双孔平行隧道施工地表位移及变形研究[D];中南大学;2008年
4 张建强;特大断面超浅埋立体换乘车站交叉段暗挖施工技术研究[D];北京交通大学;2010年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 苏海健;靖洪文;张春宇;马波;;软化与膨胀作用下深部巷道围岩黏弹塑性分析[J];采矿与安全工程学报;2012年02期
2 张成俭;;引洮工程TBM施工极软岩隧洞段工程地质问题分析与评价[J];水利规划与设计;2011年04期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 王更峰;炭质板岩蠕变特性研究及其在隧道变形控制中的应用[D];重庆大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 何思明;复合地基压缩模量计算新方法[J];四川建筑科学研究;1997年03期
2 郑颖人,赵尚毅,时卫民,林丽;边坡稳定分析的一些进展[J];地下空间;2001年04期
3 王文杰,赵德志,曾进群;松散介质预应力锚索加固机理研究[J];地下空间;2002年01期
4 何思明;抗拔锚板基础承载力研究[J];地下空间;2002年02期
5 刘庭金,朱合华,唐春安;围岩卸载损伤演化及应力场调整有限元分析[J];地下空间;2002年04期
6 胡文清,郑颖人,钟昌云;木寨岭隧道软弱围岩段施工方法及数值分析[J];地下空间;2004年02期
7 师金锋,张应龙;超大断面隧道围岩的稳定性分析[J];地下空间与工程学报;2005年02期
8 曾晓清,张一弼;系统工程方法在隧道围岩稳定分析中的应用[J];地下空间;1995年02期
9 雷谦荣;重庆地区地下洞室围岩变形破坏及围岩压力特点分析[J];地下空间;1997年01期
10 张玉军,唐仪兴;层状岩体强度异向性地下洞室的有限元分析[J];地下空间;1999年01期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 杨志法;许兵;;关于工程地质力学基础理论和方法体系的初步研究[A];第六届全国工程地质大会论文集[C];2000年
2 黄伦海;;隧道围岩稳定分析的相似模型实验研究[A];2001年全国公路隧道学术会议论文集[C];2001年
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1 胡斌;深切峡谷区大型地下洞室群围岩稳定性的动态数值仿真研究[D];成都理工大学;2002年
2 马润勇;青藏高原东北缘构造活动及其工程灾害效应[D];长安大学;2003年
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1 李攀峰;金沙江溪洛渡水电站坝区地应力场及地下洞室群围岩稳定性数值模拟[D];成都理工学院;2001年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 汤雷;蒋金平;;高地应力条件下围岩稳定性分析及控制[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);2010年01期
2 张文倬;水 工 隧 洞 灌 浆 问 题[J];红水河;1994年03期
3 B.M.莫斯特科夫,刘正启;关于修正水工隧洞锚固参数计算方法的探讨[J];水利水电快报;1998年20期
4 張津生;水工隧洞圓形鋼筋混凝土襯砌的靜力計算(續完)[J];水力发电;1957年11期
5 刘承绪;水工隧洞的贯通测量及其优化[J];水利水电技术;1985年12期
6 费璟昊,李俊杰,李辉,杨建林;利用图像处理实现隧洞断面测量[J];测绘通报;2002年01期
7 金明;;水工隧洞混凝土防渗漏措施[J];今日科苑;2007年14期
8 许四复;;略论水工隧洞“f”“K”值的选择问题[J];水文地质工程地质;1958年09期
9 龚文慈;某水工隧洞施工控制网测量实践[J];工程勘察;1995年02期
10 薛玺成,杨万斌;地下洞室断面形状的优化计算方法[J];岩土工程学报;1999年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 龚建伍;雷学文;;水工隧洞近接施工相互影响与方案优化分析[A];和谐地球上的水工岩石力学——第三届全国水工岩石力学学术会议论文集[C];2010年
2 骆帅伶;蒋美蓉;金丰年;;地下洞室围岩稳定性分析方法探讨[A];全国地下工程超前地质预报与灾害治理学术及技术研讨会论文集(Ⅲ)[C];2009年
3 张峰;;水工隧洞受铁矿开采影响保护范围分析[A];2011全国矿山测量新技术学术会议论文集[C];2011年
4 章跃林;范以田;王彦峡;贾义;吴培霖;赵健;;双护盾掘进机施工的长大水工隧洞关键技术应用研究[A];和谐地球上的水工岩石力学——第三届全国水工岩石力学学术会议论文集[C];2010年
5 晏启祥;马婷婷;;高水压铁路隧道管片衬砌临界水压力浅析[A];第19届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅱ册)[C];2010年
6 李围;何川;;地铁区间盾构隧道管片衬砌结构设计探讨[A];中国土木工程学会第十一届、隧道及地下工程分会第十三届年会论文集[C];2004年
7 郭宏军;;水工隧洞开挖施工浅议[A];科技、工程与经济社会协调发展——河南省第四届青年学术年会论文集(上册)[C];2004年
8 吴鸿庆;张克华;任侠;杨文奇;刘世忠;贾忠全;马啸飞;卢学礼;;引大入秦输水隧洞管片式衬砌结构的研究[A];中国土木工程学会隧道及地下工程学会第九届年会论文集[C];1996年
9 王许雄;;特大断面水工隧洞不良地质段开挖与支护[A];铁路长大隧道设计施工技术研讨会论文集[C];2004年
10 欧阳孝忠;;水工隧洞岩溶涌水的水文法计算[A];中国地质学会工程地质专业委员会、贵州省岩石力学与工程学会2005年学术年会暨“岩溶·工程·环境”学术论坛论文集[C];2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 伍振;世界规模最大的水工隧洞将开工[N];中国质量报;2007年
2 记者 柳悦通讯员 伍振;中铁十八局进军最大水工隧洞[N];天津日报;2008年
3 伍振 赵洪力 孔祥波;世界上规模最大的水工隧洞掘进创纪录[N];中国建设报;2008年
4 王江涛 于澎涛;1:1仿真试验 为中线穿黄工程探路[N];中国水利报;2008年
5 本报记者 刘裕国;紫坪铺工程——铸就岷江水利丰碑[N];人民日报;2005年
6 巨有成;先进设计理念成就优质工程[N];中国水利报;2008年
7 ;国庆假期 走进重大项目[N];四川日报;2011年
8 黄寰;成都理工大学解开围岩监测难题[N];中国国土资源报;2003年
9 记者 周长征 颜超华 特约通讯员 方启军 本报评论员;南水北调中线工程建设全面启动[N];人民长江报;2005年
10 宗合;施工总承包企业特级资质有新标准[N];中国水利报;2007年
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1 苏华友;双护盾TBM开挖深埋隧洞围岩稳定性研究[D];西南交通大学;2009年
2 李宇杰;非连续接触计算模型在盾构衬砌力学特性方面的应用研究[D];北京交通大学;2012年
3 王爱国;微地震监测与模拟技术在裂缝研究中的应用[D];中国石油大学;2008年
4 于洪丹;Boom Clay渗流—应力耦合长期力学特性研究[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2010年
5 毛树华;灰关联决策与灰生成算子的理论及方法研究[D];武汉理工大学;2011年
6 沈威;圆形水工压力隧洞衬砌变形特性与限裂设计研究[D];大连理工大学;2012年
7 张新金;盾构法与浅埋暗挖法结合建造地铁车站关键技术研究[D];北京交通大学;2010年
8 洪开荣;高速铁路水下盾构隧道结构力学特征及掘进与对接技术研究[D];北京交通大学;2011年
9 李围;配合盾构法修建地铁车站的方案及实施技术问题研究[D];西南交通大学;2006年
10 夏炜洋;盾构法隧道施工期流固耦合问题研究[D];西南交通大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郑俊;高水压铁路隧道泄水式管片衬砌流固耦合研究[D];西南交通大学;2010年
2 吕涛;基于流固耦合的岩溶管道对水工隧洞围岩影响的数值分析研究[D];重庆交通大学;2011年
3 夏松林;狮子洋隧道通缝式拼装管片衬砌结构的原型试验研究[D];西南交通大学;2010年
4 程曦;高水压铁路隧道泄水式管片衬砌壁后水压分布规律研究[D];西南交通大学;2011年
5 李建强;盾构姿态对管片受力的影响研究[D];东北大学;2008年
6 蔺书钿;岩溶洞隙对水工隧洞围岩变形规律影响的数值模拟研究[D];重庆交通大学;2010年
7 邹育麟;狮子洋水下盾构隧道错缝式拼装管片衬砌结构的原型试验[D];西南交通大学;2010年
8 苏伟业;精伊霍北天山深埋隧道围岩稳定性分析[D];西南交通大学;2010年
9 蔡恒;盾构法与浅埋暗挖法结合修建地铁车站管片—结构接头连接研究[D];北京交通大学;2010年
10 张立杰;地下水工隧洞地震响应的数值模拟研究[D];昆明理工大学;2010年
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