摘 要

分离式隧道作为大部分隧道修建时选择的方案，在隧道工程还在飞速发展的今天，研究分离式隧道单洞在开挖时围岩的压力与位移变化，总结出分离式隧道开挖时其力学特性和位移特性，为分离式隧道的设计和施工增加实践经验有一定的意义和价值。

本文根据莆田市某项目拟建隧道将军岩隧道作为研究对象，将军岩隧道是长为1158米的上下行分离的双向六车道分离式隧道，通过在隧道开挖后在围岩体内部埋设土压力盒，初支上固定监测点，来采集隧道开挖后围岩压力与位移随时间的变化关系，对将军岩隧道围岩的受力特点和位移变化进行分析和研究。通过监控量测保证隧道施工的安全和围岩的稳定，为隧道施工提供指导。使用Midas/ FEA模拟隧道开挖过程中围岩压力与位移变化以及喷射混凝土和锚杆的受力情况，将软件导出的结果与现场实测的压力与位移变化进行对比分析，通过监控量测的监测的数据来分析理论分析产生差异的原因，并把监测结果及时整理分析，对隧道下一步施工方案提供有效的指导。最后根据模拟的结果与监控量测的数据进行对比分析，两者的结果在数值上相接近，变化趋势也基本相同，可以说明通过软件模拟隧道开挖来提供技术指导是可行的。

关键词：公路隧道 围岩压力 围岩内部位移 监控量测 数值模拟

Abstract

Separate tunnels are the choices for most tunnel construction. In today's rapid development of tunnel engineering, the pressure and displacement changes of surrounding rock during single tunnel excavation are studied, and the separation tunnels are summarized. The mechanical properties and displacement characteristics have certain significance and value for adding practical experience in the design and construction of separate tunnels.

This paper is based on the proposed project of the Jiangjunyan tunnel in a project in Putian City. The Jiangjunyan tunnel is a two-way, six-lane split tunnel with a length of 1158 meters. It is buried in the surrounding rock mass after tunnel excavation. The box, the fixed monitoring point on the initial branch, collects the relationship between the surrounding rock pressure and displacement with time after tunnel excavation, and analyzes and studies the stress characteristics and displacement changes of the surrounding rock of the Jiangjunyan tunnel. Through monitoring and measurement to ensure the safety of tunnel construction and the stability of surrounding rock, provide guidance for tunnel construction. Using Midas/FEA to simulate the change of surrounding rock pressure and displacement during the excavation of the tunnel and the stress of the shotcrete and the anchor, the software derived results are compared with the measured pressure and displacement changes in the field, and the monitoring is monitored by monitoring. The data is used to analyze the reasons for the differences in theoretical analysis, and the monitoring results are collated and analyzed in time to provide effective guidance for the next step of the tunnel construction plan. Finally, based on the simulation results and the monitoring and measurement data, the results are close in value and the trend is basically the same. It can be explained that it is feasible to provide technical guidance through software simulation tunnel excavation.

Key words: highway tunnel；surrounding rock pressure；internal displacement of surrounding rock ；monitoring and measurement；numerical simulation

目录

1绪论..............................................................1

1.1研究的背景..................................................1

1.2国内外研究现状..............................................1

1.3研究的基本内容..............................................2

2隧道超前地质预报、监控量测........................................4

2.1超前地质预报................................................4

2.1.1超前地质预报的目的及内容..............................4

2.1.2超前地质预报实施方案..................................4

2.2隧道监控量测................................................5

2.2.1监测目的..............................................5

2.2.2监测项目..............................................6

2.2.3监测点、监测仪器的埋设及监测..........................6

2.2.4监测的基本原则.......................................11

3隧道结构数值模拟分析.............................................12

3.1工程地质概况...............................................12

3.1.1概况.................................................12

3.1.2地形、地貌及气象水文.................................12

3.2计算模型及参数.............................................13

3.2.1计算假定.............................................13

3.2.2模型的边界条件.......................................13

3.2.3模型的参数选取.......................................14

3.3隧道模型计算结果...........................................14

3.3.1隧道开挖支护后的位移变化.............................15

3.3.2隧道开挖过程中围岩的应力分析.........................20

4隧道围岩现场实测数据及分析.......................................22

4.1隧道围岩位移实测及分析.....................................22

4.1.1周边收敛位移分析.....................................22

4.1.2拱顶下沉量测分析.....................................23

4.2围岩压力测试结果及分析.....................................25

4.3数值模拟与实测数据对比.....................................28

4.3.1周边收敛和拱顶下沉...................................28

4.3.2围岩压力.............................................29

5结论.............................................................30

参考文献...........................................................31

致谢...............................................................32

1 绪论

1.1研究的背景

由于我国公路铁路工程的需求，已经有大量的隧道工程在全国各地建设起来，我国的公路铁路交通网也在逐步完善。莆田市地区很多山脉，为了减短公路路线的长度，降低工程造价，高速公路需要穿越这些山脉，那么就需要修建隧道。随着经济的发展，人们对交通量的需求越来越高，公路隧道的规模和数量在日益增长，而这些隧道势必会穿过一些岩层薄弱地段。隧道的围岩或衬砌可能会因为这些因素而失去稳定性甚至坍塌，这会使施工人员的生命安全处于危险的状态，隧道的支护结构和施工机器也会遭到破坏而造成巨大的经济损失。近些年来不乏隧道施工遇到软弱围岩而导致隧道支护结构失稳引发工程事故的实例，所以必须提高隧道施工技术，在隧道开挖前进行地质超前预报，隧道开挖时及时安装测点进行监控量测。监控量测技术在现代隧道施工过程中至关重要，通常用来监控围岩和一次衬砌及锚杆稳定性，它是确保初期支护安全，合理确定二次衬砌施作时间的关键工序,并对洞内各施工工序衔接有重要的指导意义^[1]。

在我国，隧道的施工和设计主要采用工程类比法，这使得对隧道设计基本理论问题的研究失去了应有的动力^[2]。目前地质条件复杂的大跨度地下空间修建的日趋增多,以工程类比法为主体的静态设计、施工已无法满足地下工程建设的需求^[3]。虽然近年来我国在公路隧道修建方面已经积累了大量的工程经验，在超前预报、施工工艺等方面得到了很大的提升。在隧道设计、施工等方面，也逐步采用了具有理论依据的设计计算和现代化施工工艺。但是目前国内大部分隧道施工工程仍采用工程类比法，没有将支护结构的选择与地质条件和围岩性质相结合。所以国内仍有部分隧道工程在施工过程中遇到薄弱岩层，从而出现支护结构失稳的情况。为了减少工程事故和人员伤亡，提高隧道施工的理论和技术要求已迫在眉睫。