山地深埋隧道围岩变形特征及支护方案设计(附件)
山地隧道作为山区交通主要的交通运输形式，如何保证运行的安全与稳定性是隧道建设所必须考虑的。本文以营盘山隧道作为研究背景，利用数值模拟的方法对隧道硐室断面形状进行了优选，并根据优选结果确定了相应支护方案。本文的研究成果主要包括 ①基于营盘山工程地质状况，借助FLAC 3D软件建立了三种不同断面形状的硐室计算模型，研究了隧道围岩的应力分布状况及变形破坏规律，确定了马蹄形为最合理的断面形状。 ②基于上述数值计算模型，研究了衬砌施加前后的围岩变形破坏规律，得出衬砌的施加可以有效地提高隧道围岩的整体稳定性。③基于悬吊理论，设计了隧道围岩支护参数，提出了合理的支护方案。关键词 山地隧道，围岩衬砌，支护断面，数值模拟
目 录
1 绪论 1
1.1 选题的背景及意义 1
1.2 国内外的研究现状 1
1.3 主要研究内容 2
2 FLAC 3D软件基本介绍 3
2.1 FLAC 3D软件计算原理 3
2.2 FLAC 3D软件求解过程 4
2.3 FLAC 3D软件的应用范围 5
2.4 FLAC 3D软件的不足 5
3 山地深埋隧道围岩稳定性研究 6
3.1 计算工况、材料假定及几何模型 6
3.2 隧道模型建立 7
3.3 初始地应力平衡 9
3.4 结果分析 14
3.4.1 竖向变形分析 14
3.4.2 水平变形分析 16
3.4.3 应力分析 18
3.4.4 塑性区分析 23
3.5 本章小结 25
4 山地深埋隧道支护方案设计 26
4.1 隧道支护简介 26
4.2 衬砌支护 26
4.2.1 施加衬砌的意义 26
4.2.2 山地隧道的衬砌设计原则 26
4.2.3 衬砌对隧道围岩稳定性影响的数值分析 27
4.3 锚杆支护 30
4.3.1 锚杆的种类 30
4.3.2 锚杆的布置原则 31 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
4.3.3 锚杆的力学作用 31
4.3.4 锚杆的设计与计算方法 32
4.3.5 锚杆对隧道围岩稳定性影响的数值分析 35
4.4 隧道支护设计计算 42
4.4.1 营盘山工程地质条件 42
4.4.2 营盘山隧道支护设计 42
4.5 本章小结 43
5 山地隧道监测与支护施工工艺 43
5.1 隧道围岩稳定性监测 43
5.1.1 实行现场监测的目的及意义 43
5.1.2 实行现场监测的项目以及具体步骤和方法 44
5.1.3 量测频率及变形管理等级 47
5.2 隧道开挖止水与降排水措施 48
5.2.1 止水标准与措施 48
5.2.2 隧道洞内排水 48
5.3 山地隧道的通风与照明 49
5.3.1 隧道通风 49
5.3.2 隧道照明 49
5.4 施工工艺 50
5.4.1 施工方法 50
5.4.2 辅助施工 50
5.4.3 施工注意事项 51
5.5 本章小结 51
结论 52
致谢 54
参考文献 55
1 绪论
1．1 选题的背景及意义
营盘山隧道位于贵州省黔西南州境内，所穿越岩层呈多类型地貌结构，山地标高为4301821m，属中低山。这些地带地形起伏大，坡度较陡，坡度为2565°构造发育，基岩上部覆盖有第四系松散堆积物，易产生泥石流、滑坡和崩塌灾害。该隧道为直线型双向行驶二车道长隧道，全长为1400m，隧道最大埋深843m，所处围岩等级为Ⅲ级，区内构造以断裂构造为主，地形连绵起伏，地势高差相差较大。为保证隧道施工的安全和稳定，需对其进行支护设计。本课题旨在通过对隧道的稳定性分析和支护形式的选择，掌握地下工程设计计算的基本原理和方法。
要发展山区交通，需要修建大量的隧道。隧道设计和施工所面向的对象是岩土体，岩土体的性质和一般工程材料不同，岩土体所处的工程地质环境十分的复杂，因此隧道工程和其他的地面工程相比有着不同的特点和规律。由于深埋和周围地质活动的影响，隧道需要穿过高地应力区，因此不得不会遇到一系列深部工程地质和软弱围岩力学问题[1]。山区开挖的隧道一般都在深埋软弱破碎的岩体中，施工难度很大大，施工过程中很可能发生局部塑性变形及挤压性变形等情况，会造成支护困难，工程造价因此会大大提高，工期也会因此延长，以至于发生塌顶坍方事故，给工程的建设和正常使用带来了很大的影响。
随着经济的发展，我国开始加大西部大开发的建设和投资，许多的山地隧道将穿过更多更长的深埋软岩地段。然而，我国目前对深埋隧道软弱围岩的变形力学机制及其与支护结构的相互作用研究较少，导致一系列深埋隧道软弱围岩支护失败[2]。因此，开展山地深埋隧道软弱围岩变形特征及支护方案设计的研究，通过研究在软弱围岩的变形中如何用最小的支护代价，保证隧道在施工和运行期间拥有有足够的安全性，无论是对理论体系的完善，还是对地下工程的建设均具有十分重要的意义[3]。
1．2 国内外的研究现状
影响隧道围岩压力的原因有很多，隧道结构设计在隧道研究中至关重要。尽管在国内外太沙基法得到了普遍的认可，但人们对隧道方面的研究从未停止过，人们希望通过研究能有新的突破[4]。
谢家杰从浅埋隧道破坏特征开始研究，通过假定破坏是土体的破裂面，然后将
目 录
1 绪论 1
1.1 选题的背景及意义 1
1.2 国内外的研究现状 1
1.3 主要研究内容 2
2 FLAC 3D软件基本介绍 3
2.1 FLAC 3D软件计算原理 3
2.2 FLAC 3D软件求解过程 4
2.3 FLAC 3D软件的应用范围 5
2.4 FLAC 3D软件的不足 5
3 山地深埋隧道围岩稳定性研究 6
3.1 计算工况、材料假定及几何模型 6
3.2 隧道模型建立 7
3.3 初始地应力平衡 9
3.4 结果分析 14
3.4.1 竖向变形分析 14
3.4.2 水平变形分析 16
3.4.3 应力分析 18
3.4.4 塑性区分析 23
3.5 本章小结 25
4 山地深埋隧道支护方案设计 26
4.1 隧道支护简介 26
4.2 衬砌支护 26
4.2.1 施加衬砌的意义 26
4.2.2 山地隧道的衬砌设计原则 26
4.2.3 衬砌对隧道围岩稳定性影响的数值分析 27
4.3 锚杆支护 30
4.3.1 锚杆的种类 30
4.3.2 锚杆的布置原则 31 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
4.3.3 锚杆的力学作用 31
4.3.4 锚杆的设计与计算方法 32
4.3.5 锚杆对隧道围岩稳定性影响的数值分析 35
4.4 隧道支护设计计算 42
4.4.1 营盘山工程地质条件 42
4.4.2 营盘山隧道支护设计 42
4.5 本章小结 43
5 山地隧道监测与支护施工工艺 43
5.1 隧道围岩稳定性监测 43
5.1.1 实行现场监测的目的及意义 43
5.1.2 实行现场监测的项目以及具体步骤和方法 44
5.1.3 量测频率及变形管理等级 47
5.2 隧道开挖止水与降排水措施 48
5.2.1 止水标准与措施 48
5.2.2 隧道洞内排水 48
5.3 山地隧道的通风与照明 49
5.3.1 隧道通风 49
5.3.2 隧道照明 49
5.4 施工工艺 50
5.4.1 施工方法 50
5.4.2 辅助施工 50
5.4.3 施工注意事项 51
5.5 本章小结 51
结论 52
致谢 54
参考文献 55
1 绪论
1．1 选题的背景及意义
营盘山隧道位于贵州省黔西南州境内，所穿越岩层呈多类型地貌结构，山地标高为4301821m，属中低山。这些地带地形起伏大，坡度较陡，坡度为2565°构造发育，基岩上部覆盖有第四系松散堆积物，易产生泥石流、滑坡和崩塌灾害。该隧道为直线型双向行驶二车道长隧道，全长为1400m，隧道最大埋深843m，所处围岩等级为Ⅲ级，区内构造以断裂构造为主，地形连绵起伏，地势高差相差较大。为保证隧道施工的安全和稳定，需对其进行支护设计。本课题旨在通过对隧道的稳定性分析和支护形式的选择，掌握地下工程设计计算的基本原理和方法。
要发展山区交通，需要修建大量的隧道。隧道设计和施工所面向的对象是岩土体，岩土体的性质和一般工程材料不同，岩土体所处的工程地质环境十分的复杂，因此隧道工程和其他的地面工程相比有着不同的特点和规律。由于深埋和周围地质活动的影响，隧道需要穿过高地应力区，因此不得不会遇到一系列深部工程地质和软弱围岩力学问题[1]。山区开挖的隧道一般都在深埋软弱破碎的岩体中，施工难度很大大，施工过程中很可能发生局部塑性变形及挤压性变形等情况，会造成支护困难，工程造价因此会大大提高，工期也会因此延长，以至于发生塌顶坍方事故，给工程的建设和正常使用带来了很大的影响。
随着经济的发展，我国开始加大西部大开发的建设和投资，许多的山地隧道将穿过更多更长的深埋软岩地段。然而，我国目前对深埋隧道软弱围岩的变形力学机制及其与支护结构的相互作用研究较少，导致一系列深埋隧道软弱围岩支护失败[2]。因此，开展山地深埋隧道软弱围岩变形特征及支护方案设计的研究，通过研究在软弱围岩的变形中如何用最小的支护代价，保证隧道在施工和运行期间拥有有足够的安全性，无论是对理论体系的完善，还是对地下工程的建设均具有十分重要的意义[3]。
1．2 国内外的研究现状
影响隧道围岩压力的原因有很多，隧道结构设计在隧道研究中至关重要。尽管在国内外太沙基法得到了普遍的认可，但人们对隧道方面的研究从未停止过，人们希望通过研究能有新的突破[4]。
谢家杰从浅埋隧道破坏特征开始研究，通过假定破坏是土体的破裂面，然后将
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