工程硕士论文开题报告-山区浅埋偏压隧道进洞技术研究

1、. 编号：（注:本文只是作为学习参考作用）XXXX大学工程硕士论文开题报告姓 名 所在单位 导师姓名 职 称 教 授 导师姓名 职 称 教授级高工 研究方向 地下与隧道工程 拟定题目 山区浅埋偏压隧道进洞技术研究 填写日期 2015年09月 XXXX大学研究生学院制工程硕士论文选题应直接来源于生产实际或具有明确的工程背景与应用价值，并具有一定的技术难度和工作量。论文必须从下列选题中选择：1、 一个较为完整的工程技术项目、工程管理项目的规划或研究2、 工程设计或实施3、 技术攻关、技术改造、技术推广与应用4、 新工艺、新材料、新产品、新设备的研制与开发5、 引进、消化、吸收和应用国外先进技术项目

2、6、 应用基础性研究、应用研究、预先研究开题计划书主要内容应包括：1、 拟选课题的国内外动态、水平2、 拟选课题的目的、意义及该领域内存在的问题3、 预期达到的水平4、 选该课题所具备的条件开题报告1. 国内外动态、水平<1>隧道洞口施工技术研究现状山岭隧道的修建，隧道洞口施工会遇到各种各样的施工地质问题。其修建的原理与方法还不能完全类同与洞身段的修建，不能将新奥法的施工原理运用与洞口段的修建。在洞口段地质条件下，隧道围岩比较薄弱，很难形成自身稳定能力，这样便会造成洞口段容易坍塌，围岩压力增大，洞口变形收敛较快等等。因此，洞口段的施工必须采用较高强度的支护或者超前支护措施1，较小的

3、影响围岩的扰动，保证施工安全。目前，在复杂特殊地质条件下的进洞施工方案和手段主要有以下几种：（1）大管棚法隧道建设进程中，会遇到各种各样的地质围岩条件，例如隧道涌水涌泥、土质松散、岩层破碎风化等，大管棚支护体系就是在这种围岩条件下发展出的一种新型支护体系。其工作的要点就是沿着隧道开挖的轮廓，一排排打入管棚，从而将围岩进行极限稳定。这样在大管棚的作用下进行初期支护，施工工程进度。Bartholomen2做出大管棚的主要支护技术作用为：梁效应，就是在隧道开挖进尺中，在洞口位置打入一定的钢管，及时稳定隧道围岩和提供作业空间，后方的围岩形成梁式结构，将进一步稳固和加强围岩，防止坍方。加强效应，在打入一

4、定数量的钢管后，对围岩进行注浆加固，这样便可加强隧道周边围岩的稳固性。大管棚支护的优点是钢管足够长、性能足够硬、支护范围广、可以成功的控制围岩变形收敛，对大多数不良地质都有较好的适应性。（2）注浆加固注浆加固是一种能有效改善围岩胶结性质，通过注浆加固可以增强隧道围岩的稳定性，是初期支护效果表达最大化。注浆加固的工作要点是运用有效的压力，将浆液充填入岩土体裂隙和节理，将软弱破碎的岩块粘结成一个整体，从而提高地层的强度和整体性。注浆加固配合其他支护形式使用，不仅能有效改善围岩的强度，而且大大缩小围岩塑性松动区，减小支护抗力，改善结构受力状况3。在隧道洞口的修建过程中，尤其是一些不良地质带，断层破碎

5、带、软弱围岩带、有溶洞危岩等，通过注浆加固、帷幕注浆止水等技术手段成功的进行了隧道的开挖。（3）注浆导管注浆导管即超前导管注浆，其作用原理是纵向支撑松散的岩体，由与其固定的钢支撑和未开挖部分岩体支撑起中间部分的岩土体。进而通过对导管进行注浆，将浆液通过压力技术注入隧道周边围岩破碎地带、围岩裂隙中，便可形成一种非常稳固的加强带，有助于提高施工效率。这种方法对于裂隙发育的软弱破碎围岩加固效果较为突出，地下水的渗析，不仅对隧道的修建带来较大的困难，还会对地表围岩有一定的侵蚀作用，对围岩进行小导管注浆，不但可以修补围岩裂隙、提高岩体的力学指标4，还可以对地下水起到防水止水效应。（4）挡土墙及抗滑桩在山

6、区隧道浅埋偏压地带，一般都设置挡土墙来防止山体塌落。挡土墙就是为了防止山体塌落而在偏压土体或土体的一侧修建的一种支撑作用的墙式建筑物。挡土墙的主要类型有重力式、杆式、加筋挡土墙等。一般根据施工现场的实际状况、山体隧道围岩的地质特征和构造、实际的施工能力、施工材料和造价因素等方面来进行选择挡土墙的结构与类型。如果山体发生滑动或者易发生滑动，这时就要用到抗滑桩稳定围岩能力。将这种直接穿越滑体而深入围岩内部的桩称之为抗滑桩5，其主要作用是为了稳定隧道边坡。抗滑桩的主要类型有木桩、混凝土等。在山区浅埋偏压隧道洞口施工中，时刻注意稳定隧道边坡，在合适的条件下可以选择挡土墙与抗滑桩的结合使用，以保证山体围

7、岩的稳定性。<2>隧道洞口施工难点研究现状隧道洞口施工，在很大一部分时间段里采用上下导坑方法，采取木支撑作为主要支护结构，但这种方法使得隧道面临安全威胁，无法保证施工的安全性，并且影响工程质量和施工工期。随着科学技术的发展，新奥法进入人们的视线，在一些山区浅埋偏压隧道中逐渐应用新奥法施工原理，运用锚杆、钢拱架混凝土综合支撑的支护结构体系，大大的增加了隧道围岩的稳定性，另一方面又可提高施工进度、安全和质量等。我国的铁路事业发展时间较长，有了很大的技术沉淀，对于修建高速公路、铁路都有着独特的施工理念和设计原则，这些都是中国特色的施工体系理念，但隧道洞口的施工仍然存在一定的问题，隧道洞口

8、段因为埋深较浅难以形成自承拱，由于隧道洞口开挖而引起的围岩松动加之雨水和地下水引起的渗流等原因，隧道洞口的施工会变得越来月具有挑战性。隧道洞口修建的难点技术问题如下所示：（1）隧道山体坡面崩塌及滑坡隧道坡面崩塌及滑动是隧道洞口施工过程中较常见的问题同时也是易引发较大事故的问题，围岩土体在地应力和重力的影响下脱离原来母体而发生滑落堆积在山体坡脚下，Tudisco Cosimo6将这一种地质灾害称职为山体崩塌。山体滑坡是指围岩在重力的影响下沿着坡面角度向下滑落的地质灾害。因此，在现代隧道施工中，隧道坡面崩塌及滑动事故在施工过程中常有发生，洞口边仰坡稳定性的问题日益受到业界学者的重视。潘学政7通过对

9、隧道的滑坡现象分析研究，提出了隧道洞口施工中应进行监控量测，通过监控量测手段可以及时掌握围岩稳定信息，提前发现隧道洞口滑坡地质灾害，并且将监测数据反馈施工，及时调整应对措施。程建军、廖小平、伍开江等8，通过大骨山复活古滑坡现场试验依据，运用最新的Morgenstern-Price9极限平衡分析方法，对滑坡分级并且针对不同的级别进行了边坡稳定性计算，根据计算结果对一些滑坡等地质灾害进行了整治，特别是在滑坡下部位布置出锚杆抗滑桩，对滑坡地质灾害有了很好的支护效应。王国欣、谢雄耀，黄宏伟等10，将地质构造、地质特征、地下水渗析、以及施工人员等的因素结合起来，用来分析杭州高速公路横路头隧道洞口施工开挖

10、中所引起的滑坡现象，将滑坡的失稳过程和变形机制等方面进行了深入的研究。在失稳过程中发现及时进行现场监控量测可以更好的掌握围岩稳定信息，反馈施工采取相应的加固措施。（2）偏压山区隧道施工中，经常会遇到偏压现象。隧道洞口的修建中一般经常会选择在山体表面、地质条件差、隧道两侧的土体大小厚度不均，进而造成隧道所受荷载不均，这种现象称职为偏压。当隧道处于偏压地层条件时，洞口施工破坏了围岩原有的平衡状态，隧道所处偏压地质下，开挖施工会破坏原来岩体的力学平衡度，造成施工进洞难度加大，国内外学者对此进行了大量的研究。21实际初期，国内著名土木工程专家王立忠、郭东杰11对隧道的二次应力场通过一系列的技术手段进行

11、了研究。2002年，中南大学杨小礼等12将隧道受到偏压情况下，支护结构构件中的受力特征并就这种信息做了研究分析。同济大学朱合华等13通过现场技术手段分析研究了隧道发生偏压的原因，并且将荷载效应反分析运用到偏压隧道的力学研究中。2004年西南交通大学任桂兰14-15教授进行了现场监控量测和数值模型试验，研究地质围岩岩层在不同倾斜的角度下，偏压隧道的围岩工程特性和二衬支护结构受力特征。进而为隧道的支护稳定信息提供数据支持。2007年，西南交通大学毕业生邓彬16在论文中将有限元数值模拟和理论知识相互结合，运用到铁路隧道在偏压的情况下，地质围岩受力的特征和围岩应力大小的计算，并且研究了岩体顺层倾斜、岩

12、体厚度等方面对隧道支护结构的印象。（3）地表下沉隧道洞口段围岩一般都比较破碎，洞口段施工时很容易发生地表下沉。地表下沉对隧道洞口坡面的稳定性有较大的影响，若下沉量较大时容易造成滑坡的发生，所以研究如何有效控制地表下沉保障隧道施工安全成为重中之重。张建华、王梦恕、关宝树17以某隧道为工程依靠，结合现场施工监控量测，将监测数据进行处理后应用到有限元数值模拟中去，建立台阶法数值模拟解析式。又进行了将施工现场开挖方法和地表沉陷相互结合，研究分析出控制地表下沉的技术措施。常秀峰18以黄土隧道为例，研究黄土隧道施工过程中遇到的技术难题，分析了地表下沉、拱顶塌陷、大气降水等方面因素，提出了黄土隧道变形规律和

13、特征，针对这种现象制定出相应的变形控制措施。李文秀、翟淑花、乔金丽19开辟了隧道施工过程中发生地表下沉分析研究方面的新的途径。其将概率理论数学模型应用到BP神经网络理论20，采用了位移反分析方法研究围岩岩体变化特征参数，并且研究的理论数据与施工现场实测数据有着很大的吻合。（4）基底承载力不足隧道基底沉稳能力决定着地表沉降，基底支护不当会引起隧道整个全方位的技术安全问题，隧道洞口围岩破碎、自稳能力差、隧道基底很有可能发生承载力不足现象。21世纪初期，孙修德21通过黄土隧道研究提出旋喷高压技术应用于隧道基底施工中。张林、汲红旗、贾志锐22根据现场工程施工情况，研究出钢管灌注和加筋混凝土对隧道基底的

14、加强支护，这种方法很好的加固了围岩，抑制变形。<3>隧道洞口边坡稳定性研究现状隧道洞口所遇地质环境比较特殊，有地表水的侵蚀作用，在山区浅埋隧道中，岩体开挖后很难形成支护体系，洞口的边坡稳定不好，很容易造成滑坡、开裂。山区环境中修建隧道，洞口的选择是一个高难度的作用，因此在隧道设计和施工的过程中，将洞口边坡稳定性看成一个很重要的问题。我国铁路隧道建设过程中也曾经编制了洞口设计标准参考，其将极限平衡理论运用到隧道建设和施工中去，这种计算设计模式作用边坡处理的一种常见方法。隧道洞口的设计结构形式、位置的埋深、隧道围岩的地质岩性，以及开挖施工方法，都极大的与隧道周边围岩的边坡稳定性相关。计

15、算机科学技术的发展引发了新的计算理念和模式，以有限元模式形成的数值模拟计算方法在建筑行业形成了新的革命狂潮。数值模拟将综合考虑施工各个方面的因素，极大的用科学的方法计算出边坡稳定性的问题。黄秋香23以紫坪铺水利枢纽工程引水隧洞边坡为例，研究隧道洞口边坡在开挖支护过程中的稳定性和变形特征。李育枢等24对隧道洞口偏压情况下发生地震时，地震力随着时间变化规律采用有限元分析法进行了研究对比，同时对隧道洞口地震力作用下边坡稳定进行了研究。Xiao-li Yang 25运用有限元模拟软件FLAC3D对隧道边坡和洞身整体结构进行了分析，结合边坡滑动体、施工开挖扰动围岩塑性区等方面，得出了初期支护的加固范围与

16、效应，这一结果可以通过施工监测来确定。2本文研究的目的和内容<1>本文研究的目的通过对莑岩隧道洞口施工技术的研究和对施工过程的总结，掌握浅埋、偏压隧道进洞施工的关键技术，包括：隧道斜交进洞总体施工方案确定；隧道洞口开挖总体平面布置；隧道洞口边坡稳定性分析；隧道洞口边仰坡喷锚支护控制效果；洞口套拱施工技术；偏压耳墙+套拱整体稳定性计算分析等，保证施工安全和施工质量，培养一批技术过硬的的技术管理人员和专业施工队伍，为今后同类工程施工提供经验和依据。<2>本文研究的内容本文是以莑岩隧道为工程依靠，主要探讨了山区浅埋偏压隧道的特性，山体开挖过程中对围岩边坡的破坏现象，运用有限元

17、模拟软件MIDAS-GTS对隧道洞口边坡稳定性进行模拟分析，又对莑岩隧道关键施工技术偏压耳墙+套拱整体稳定性进行了模拟研究，技术路线图如图1所示，其主要研究内容与工作如下：（1）阅读大量的文献资料，对国内外隧道洞口的修建技术、研究理论、边坡稳定、以及施工过程中的重点难点工作进行整理总结，一方面是拓展自己的知识领域，另一方面是为论文的撰写做好基础的工作。（2）以莑岩隧道为工程基础，对隧道洞口修建技术进行对比分析，探讨当前隧道洞口段修建技术的优缺点，又对山区浅埋偏压隧道进行研究分析，分别对浅埋、偏压现象进行总结研究，得出隧道在浅埋偏压情况下的力学特性与稳定状态。（3）对隧道洞口边坡稳定进行研究，分

18、别从围岩特性、地下水、地应力和施工环境等因素入手研究隧道边坡稳定性，认真总结那些因子影响较大。运用有限元模拟软件MIDAS-GTS对隧道洞口边坡稳定性进行模拟分析，从理论和实际两方面着手隧道边坡稳定性研究。（4）对莑岩隧道洞口施工进行全方位的研究，隧道围岩特性成分进行分析，重点对洞口边仰坡刷坡、洞口喷锚支护、套拱施工进行探讨，运用用有限元模拟软件MIDAS-GTS对隧道洞口施工的偏压耳墙+套拱整体稳定性计算分析，从而选择洞口最优的开挖方案。（5）现代隧道施工中运用现场监控量测来及时掌握围岩稳定信息，进一步优化施工参数，为此，特对隧道洞口浅埋偏压段进行现场监控量测，可以更好的分析和了解围岩变形规律与支护结构受力状态。图1.1技术路线图注：可添加附页开题计划论文工作主要内容、进度安排（起止时间）、课题经费及到位情况等（请列表示意）：起止时间主要内容简述主要工作地点、方式和拟达到目的2015.09-2015.112015.11-2016.012016.01-2016.032016.03-2016.052016.05-2016.09为论文资料收集阶段为实测资料分析整理阶段收集围岩材料参数及地应力资料有限元模拟围岩变形及支护结构受力撰写毕业论文了解相关国内外