臺灣博碩士論文加值系統

本文提出岩石隧道開挖面地質與開挖支撐快速進化評估技術，提供工程風險的早期預警、施工技術精進以及隧道工藝精緻化的基礎。技術內涵將現代化隧道工程仰賴的地質資料與圍岩變位特性，在圍岩與支撐互制作用進行的階段，轉換為量化的資訊，透過連續的量化記錄，動態地呈現開挖面附近隧道行為。作業程序透過地面光達掃描快速取得開挖面及其附近隧道周壁精密的點雲資料，量化分析開挖面揭露的不連續面參數，提供可能滑落岩楔分析的依據；評估開挖結果、噴凝土厚度、圍岩變位量值與分布等開挖支撐的效能，提供施工調整、甚至是設計修正的量化依據。並以台灣東部變質岩區隧道工程實例，驗證並說明所提技術的應用，藉此採用數值模擬探討隧道開挖面附近力學行為，開挖後變形與異向性影響因素，比對快速評估技術所得資訊與模擬分析結果的異同。

This research proposes an advancing technology to fast evaluate geological conditions and support performance of working face in rock tunnels, providing early warning of engineering disasters, enhancement and refinement of excavation method, and the foundation of exquisite tunnel engineering. By continuously and quantitatively recording the behavior around the working face, we can express the interaction between the surrounding rock and supports dynamically. The procedures contain a scanning of ground LiDAR which quickly obtain precise point cloud data in the vicinity of the working face. The data is analyzed to estimate rock discontinuities parameters and possible key blocks. Moreover, evaluating the performance of excavation, the thickness of shotcrete and the displacements of surrounding rock can provide a basis to adjust the construction method or the design. A tunnel excavated in metamorphic rock in eastern Taiwan is taken to verify and apply the proposed technology.

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 v
表目錄 ix
圖目錄 xi
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與目的 1
1.2 研究方法與流程 2
1.3 本文主要架構 2
第二章 文獻回顧 5
2.1 隧道開挖工作面行為 5
2.1.1 前進面效應 5
2.1.2 支撐行為對變形之影響 6
2.1.3 前期變形量 7
2.2 地面光達應用 8
2.2.1 地面光達簡介 8
2.2.2 應用案例 9
第三章 岩石隧道開挖面快速評估技術研究 15
3.1 開挖面快速評估之內涵 15
3.2 岩石隧道開挖面附近變形特性與前進面效應 17
3.3 快速評估之技術研發 20
3.4 快速評估作業流程與規劃 21
第四章 研究案例 31
4.1 案例隧道簡介 31
4.2 現場作業方法 32
4.3 點雲資料處理與分析 34
4.3.1 點雲資料處理 34
4.3.2 點雲資料疊合 35
4.3.3 位態分析方法 36
4.3.4 圍岩變位分析方法 39
4.4 案例一開挖面評估結果 40
4.4.1 地質特性 40
4.4.2 可能滑落岩楔 41
4.4.3 開挖結果 42
4.4.4圍岩變位與支撐效能 43
4.5 案例二開挖面評估結果 45
4.5.1 地質特性 45
4.5.2 可能滑落岩楔 47
4.5.3 開挖結果 48
4.5.4 圍岩變位與支撐效能 49
4.6 綜合討論 51
第五章 數值模擬探討 91
5.1 3DEC程式簡介 92
5.1.1 離散元素法 92
5.1.2 3DEC程式介紹 93
5.1.3 3DEC程式運算 94
5.2 數值模型建立與輸入參數 95
5.2.1 模型建立 95
5.2.2 岩體力學特性參數 96
5.2.3 不連續面參數 97
5.2.4 支撐構件 97
5.3 模擬結果 98
5.3.1 圍岩變形 98
5.3.2 不連續面情況 99
5.3.3 圍岩變位量 100
5.3.4 支撐構件情況 101
5.4 影響隧道變形因素探討 101
5.4.1 支撐時機 102
5.4.2 位態改變 102
5.4.3 開挖方向 103
5.4.4 下半台階開挖 104
5.4.5 不連續面間距 105
5.5 綜合討論 105
第六章 結論與建議 127
6.1 結論 127
6.2 建議 129
參考文獻 131
附錄 論文口試意見暨回復 135

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