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随着我国高速公路隧道建设的迅猛发展,隧道通过的地形、地质条件越来越复杂。特别是当隧道穿越软弱围岩时,围岩稳定性差、隧道变形量大等问题,严重影响了施工安全和质量。这也使得软弱围岩段成为整条隧道的薄弱环节和难题。因此亟需针对软弱围岩隧道在施工过程中的围岩应力变化、变形特征以及控制措施等问题开展大量的研究工作。
本文以京化高速公路黄羊山1号隧道为背景和研究对象,主要研究以下内容:
(1)通过对软弱围岩理论、国内外软弱围岩隧道工程施工方法和研究方法的分析,确定了对黄羊山1号隧道进行稳定性研究的思路;
(2)本文以现场监测数据和支护参数为依据,将监控信息处理与分析、稳定性评价的结论应用于指导施工。应用过程证明,现场监测是必要的、可行的;
(3)利用灰色系统理论进行建模对实测数据分析和预测,它可以实现采用短期监测数据达到长期监测的目的。Verhulst模型是最接近隧道位移发展曲线的预测模型,无论对短期预测还是最终位移预测都有较好的适用性;
(4)借助DPS数据处理系统对围岩和支护结构应力监测所得数据进行回归分析并得到拟合曲线,系统揭示了围岩及支护结构受施工扰动的影响及发展规律,并同数值模拟结果进行比较分析得出了一些有益的结论;
(5)运用MIDAS/GTS有限元模拟软件,利用TGM地形生成器生成符合实际的地形。建立三维模型对隧道施工过程进行仿真模拟,得到施工过程中围岩位移、应力、支护结构应力的发展变化规律。