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深埋薄层板岩隧道变形机理及高预紧恒阻锚索控制技术

书名:深埋薄层板岩隧道变形机理及高预紧恒阻锚索控制技术
ISBN:978-7-5024-8393-7
作者:李干 王丰年 陶志刚 李梦楠 米蒙 郝宇
出版时间:2020年1月 
图书定价:50

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木寨岭特长公路隧道及其斜井穿越多条断层破碎带及炭质板岩地层,地质情况较为复杂,主要表现为:断层构造作用强烈、地应力高、隧道埋深较大、地下水发育等。


内容简介

木寨岭特长公路隧道及其斜井穿越多条断层破碎带及炭质板岩地层,地质情况较为复杂,主要表现为:断层构造作用强烈、地应力高、隧道埋深较大、地下水发育等。

 

以木寨岭隧道2#斜井为例,在工程建设期间多次发生初支破坏情况,其变形特征主要表现为:非对称变形、围岩变形量大、变形持续时间较长、初支结构破坏严重,其综合换拱率已达27%。现有支护手段已经很难满足该地质条件下的隧道建设需求,对项目建设工期以及施工安全造成严重影响。

 

目前,在煤矿软岩支护领域中,高预紧力恒阻锚索控制技术已经推广应用,且取得了较好的应用效果。依托木寨岭隧道2#斜井,对其工程特征、变形机理进行分析,阐述了高预紧力恒阻锚索在深埋薄层板岩隧道中对围岩的控制机理,针对隧道围岩的非对称性变形特征提出了非对称高预紧力恒阻锚索支护策略,采用相似模拟、数值模拟以及现场实测的手段,进行了该支护策略的可靠性验证。

 

得出的主要结论如下:(1)根据现场资料调研以及现场、室内实验,明确了木寨岭隧道围岩主要以薄层状炭质板岩为主,优势节理倾角在0至90°内皆有分布,最大水平主应力方向与木寨岭隧道2#斜井夹角为37°~42°左右。根据《工程岩体分级标准》判断该区域属于极高地应力,且地层岩体较为破碎,隧道围岩发生大变形可能性较高。通过对不同节理倾向下的围岩进行岩石力学实验,得到了节理倾角对围岩强度的影响。采用点载荷实验仪器在施工现场对炭质板岩进行了测试,测试结果表明,天然状态下炭质板岩样品单轴强度平均值为29.5MPa;炭质板岩饱和吸水单轴强度平均值11.7MPa。(2)通过对木寨岭隧道2#斜井统计分析表明,隧道变形量超1m处皆埋深超过500m。建立了基于薄板理论的板岩隧道结构力学模型,采用摩尔库伦理论模型分析了不符合采用薄板理论分析的区域,研究表明,影响薄层板岩隧道变形的主控因素包括:隧道洞泾;隧道埋深;节理倾角;围岩吸水软化。提出了含优势节理组的等效遍布节理数值建模方法,并通过GSI地质分级的方法,将岩石强度向岩体强度转换,结合现场实测数据反演分析,得到了数值模拟有关参数。利用数值模拟方法,全面分析了15°、30°、45°、60°、75°节理倾角对隧道稳定性的影响,同时进行了不同埋深及岩石饱和含水情况下的围岩稳定性分析。(3)分析了高预紧力长短锚索相互作用下的岩体组合梁及悬吊作用,研究认为:短锚索在预紧力的作用下,将浅部围岩形成组合梁,高预紧力锚索将薄板挤压形成厚板提高其抗弯刚度。长锚索按照悬吊理论所示,将短锚索形成的组合梁悬吊于稳定岩层之中,从而避免组合梁的失稳。数值计算表明,高预紧力作用下长短恒阻锚索产生的应力场能够有效覆盖支护范围内顶板,能够对顶板主动加固起到作用。(4)针对木寨岭隧道非对称变形的现象,在前期研究基础上,提出了采用高预紧力恒阻锚索锚网W钢带钢拱架喷浆的初支体系,并采用非对称支护控制隧道围岩关键部位变形的支护控制策略。(5)利用隧道围岩变形监测、锚索受力监测、钢拱架受力监测以及围岩深部多点位移监测等手段,对实施高预紧力恒阻锚索支护的隧道围岩进行监测分析。 


目录

1 引言
1.1 问题的提出
1.2 国内外研究现状
1.3 存在的主要问题
1.4 主要研究内容
1.5 研究方法及技术路线
1.6 本章小结

 

2 木寨岭隧道2#斜井工程地质条件及围岩工程特征
2.1 工程概况
2.2 地应力特征
2.3 岩体结构特征
2.4 板岩岩性特征
2.5 本章小结

 

3 木寨岭隧道2#斜井变形机理研究
3.1 原支护方案
3.2 隧道围岩宏观变形特征
3.3 薄层状板岩隧道结构力学模型及隧道围岩变形主控因素分析
3.4 薄层板岩隧道变形机理数值分析
3.5 本章小结

 

4 高预紧力恒阻锚索支护机制及数值模拟分析
4.1 恒阻锚索特性实验研究
4.2 高预紧力恒阻锚索支护机制分析
4.3 高预紧力恒阻锚索与围岩相互作用关系数值分析
4.4 本章小结

 

5 高预紧力恒阻锚索支护控制方案及其实验分析
5.1 支护方案
5.2 锚索支护控制模型试验研究
5.3 高预紧力恒阻锚索支护控制效果数值分析
5.4 本章小结

 

6 现场实测分析
6.1 监测目的及监测内容
6.2 测点布置
6.3 监测结果分析
6.4 本章小结

 

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