【摘 要】
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随着我国公路隧道里程不断的增加,特长、大断面、高地应力、深埋等隧道也随之出现,各种技术及工法也不断涌现,但是隧道掌子面塌方、突水突泥等工程事故依然存在,特别是在浅埋破碎段大断面隧道工程的施工上。因此,很有必要对浅埋破碎段大断面隧道掌子面的稳定性进行研究,这对指导隧道的安全顺利完工具有重大的意义。本文以重庆市石黔高速公路白水隧道为依托工程,通过隧道围岩力学参数敏感性分析与及GA-BP神经网络反演得到
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随着我国公路隧道里程不断的增加,特长、大断面、高地应力、深埋等隧道也随之出现,各种技术及工法也不断涌现,但是隧道掌子面塌方、突水突泥等工程事故依然存在,特别是在浅埋破碎段大断面隧道工程的施工上。因此,很有必要对浅埋破碎段大断面隧道掌子面的稳定性进行研究,这对指导隧道的安全顺利完工具有重大的意义。本文以重庆市石黔高速公路白水隧道为依托工程,通过隧道围岩力学参数敏感性分析与及GA-BP神经网络反演得到了隧道的主要影响围岩力学参数,利用极限平衡法分别推导了隧道掌子面的稳定性安全系数与前方岩墙防突厚度的计算公式,并运用数值模拟对浅埋破碎段大断面隧道掌子面的稳定性进行了探讨,本文主要完成了以下几方面的工作:(1)通过对白水隧道地质勘察报告、工地现场试验室报告的收集与整理,结合现行《公路隧道设计规范》得到了白水隧道围岩力学参数取值范围,采用单因素敏感性分析与多因素敏感性分析的方法,分别计算了白水隧道各围岩力学参数的敏感性程度,并确定了影响白水隧道拱顶沉降的主要影响围岩力学参数以及次要影响围岩力学参数;根据确定的主要影响围岩力学参数以及正交试验设计方法建立了神经网络的样本,并通过训练得到了成熟的GA-BP神经网络;依据白水隧道现场监控量测实测值,利用成熟的GA-BP神经网络反演得到了白水隧道的主要影响围岩力学参数,并利用正演分析计算了白水隧道的位移变形值,通过对比分析变形值与实测值之间的误差,验证了基于GA-BP神经网络位移智能反分析方法的可行性。(2)根据已有的隧道掌子面的破坏模式—三维楔形体模型,基于统一强度理论及太沙基松动土压力理论推导得到了统一强度理论下的太沙基松动土压力理论,继而利用极限平衡法推导了隧道掌子面的稳定性安全系数公式,并对计算参数进行了分析;采用拟静力法,推导了爆破震动作用下隧道掌子面的稳定性安全系数公式,并对爆破震动作用影响参数进行了分析。(3)在考虑隧道掌子面前方突泥突水的情况下,根据岩墙的三维破坏模型—圆锥台形模型,基于极限平衡法,推导了隧道掌子面前方岩墙防突厚度的计算公式,并针对相关参数进行了分析;对比分析了极限平衡法与极限分析上限法两种分析方法下掌子面前方岩墙厚度的计算结果,验证了这一方法的合理性。(4)通过数值模拟分析了不同超前支护厚度与不同台阶长度对隧道掌子面稳定性的影响;对比探究了新奥法与新意法两种理念下隧道掌子面的稳定性,并对新意法理念下的玻璃纤维锚杆支护参数进行了分析;基于这两种理念,比较不同岩墙厚度下,隧道掌子面所能承受的最大溶腔压力,并与理论计算结果进行了对比分析。
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