高地應(yīng)力軟巖隧道超前應(yīng)力釋放變形控制機(jī)理及技術(shù)研究.pdf

1、高地應(yīng)力軟巖地層進(jìn)行隧道施工，常發(fā)生圍巖大變形，嚴(yán)重影響正常施工。采用傳統(tǒng)方式支護(hù)高應(yīng)力軟巖隧道難以達(dá)到理想的效果，探索有效的圍巖變形控制技術(shù)已成為當(dāng)務(wù)之急。超前應(yīng)力釋放是一種新興的圍巖支護(hù)理論，煤炭部門已提出相關(guān)支護(hù)技術(shù)對(duì)部分深埋軟巖巷道進(jìn)行支護(hù)。鐵路隧道與煤礦巷道相比差別較大，無法直接套用，當(dāng)前針對(duì)鐵路隧道并無合適的超前應(yīng)力釋放技術(shù)。況且目前超前應(yīng)力釋放技術(shù)的作用機(jī)理尚不十分明確，使得相關(guān)控制琿論不成熟，造成超前應(yīng)力釋放技術(shù)的應(yīng)用有

2、一定不確定性。
　　本文在充分調(diào)研國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，以在建的蘭渝鐵路木寨嶺和毛羽山隧道為依托工程，綜合運(yùn)用理論分析、數(shù)值仿真、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和數(shù)理統(tǒng)計(jì)等手段，針對(duì)上述存在的問題進(jìn)行了以下研究:
　　(1)采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)合有限元的方法，對(duì)高地應(yīng)力軟巖隧道變形影響因素進(jìn)行研究，分析各因素對(duì)圍巖變形影響的敏感性，通過調(diào)查蘭渝鐵路木寨嶺隧道7號(hào)斜井變形原因，進(jìn)一步確定各因素影響變形的主次關(guān)系，并根據(jù)研究結(jié)果，明確采用超前應(yīng)力釋放

3、技術(shù)控制變形的必要性。
　　(2)建立隧道底鼓的力學(xué)模型，通過對(duì)模型的分析，明確了超前應(yīng)力釋放技術(shù)控制圍巖變形的可行性，同時(shí)揭示了超前應(yīng)力釋放技術(shù)是以增大圍巖塑性為代價(jià)減少圍巖的變形。考慮超前應(yīng)力釋放實(shí)施過程中塑性區(qū)增大造成的圍巖弱化，基于應(yīng)變軟化理論，推導(dǎo)了塑性區(qū)與支護(hù)變形壓力的關(guān)系，依據(jù)結(jié)果曲線上的拐點(diǎn)，提出了超前應(yīng)力釋放需掌握“度”的原則，為超前應(yīng)力釋放技術(shù)的控制提供了理論基礎(chǔ)。
　　(3)采用FLAC3D數(shù)值計(jì)算軟件

4、分析了超前應(yīng)力釋放技術(shù)對(duì)圍巖應(yīng)力分布及塑性區(qū)發(fā)展的影響，明確了超前應(yīng)力釋放的作用機(jī)理。
　　(4)結(jié)合高地應(yīng)力軟巖隧道的的特點(diǎn)，針對(duì)鐵路隧道實(shí)際施工情況，提出三種超前應(yīng)力釋放技術(shù)措施——預(yù)留空間法、導(dǎo)洞超前法及鉆孔法，根據(jù)本文提出的控制原則，對(duì)三種超前應(yīng)力釋放技術(shù)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提出三種超前應(yīng)力釋放技術(shù)的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。
　　(5)在蘭渝鐵路毛羽山隧道進(jìn)行導(dǎo)洞超前法及預(yù)留空間法兩種超前應(yīng)力釋放技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，分析圍巖變形和