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富水砂卵石地层条件下浅埋暗挖法隧道设计与施工对策

作　者: 陈晓婷
导　师: 何川
学　校: 西南交通大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 浅埋隧道新奥法地表沉降有限元法管棚法信息化施工技术
分类号: U455.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 347次
引　用: 6次
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内容摘要

目前,采用浅埋暗挖法修建城市隧道仍受到地质条件、结构断面、地形条件等因素的影响,应用范围受到一定限制。特别是城市隧道采用浅埋暗挖法基本是在无水条件下施工,通常情况下,城市隧道地下水位一般较高,水的影响往往是浅埋暗挖法施工成败的关键,而大深度、大范围降水可能会对周围环境造成破坏(如导致地面沉陷、地下水流失等),而且也是造价偏高的一个原因。国外虽然在采取一系列辅助施工措施后,应用范围有所拓宽,但施工速度仍然很慢。今后应研究开发切实可行的辅助施工方法,将浅埋暗挖法技术向超浅埋、大断面、多种地层中推广应用。本文通过对成都富水砂卵石地层条件下采用浅埋暗挖法修建下穿电力隧道的研究,就地下水处理、地层稳定性、地表沉降控制、隧道结构稳定性及施工安全性等做了相关研究。通过工程类比法进行设计,并进行隧道支护结构设计计算。另外,采用二维有限元数值模拟进行施工方案比选,并对隧道开挖进行了三维弹塑性数值模拟。提出:地层的预加固和预处理方案;隧道的合理断面型式、初期支护结构及永久衬砌的设计参数;隧道的合理施工工序和施工方法;隧道施工控制标准以及施工现场监控量测管理体系和监控基准等,用以指导下穿电力隧道的设计及施工。同时,也为相似地层条件下城市隧道工程中推广应用提供参考。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-23
  1.1 概述  10-13
    1.1.1 浅埋地下工程概要  10
    1.1.2 浅埋地下工程施工方法  10-13
  1.2 浅埋暗挖法的研究现状  13-18
    1.2.1 浅埋暗挖法的概念  13-14
    1.2.2 浅埋暗挖法的原理及其特点  14-16
    1.2.3 浅埋暗挖法适用范围  16
    1.2.4 国内外研究现状  16-18
  1.3 研究对象及依托工程背景  18-20
  1.4 主要研究内容和方法  20-23
第2章浅埋暗挖法支护结构设计  23-46
  2.1 浅埋暗挖法设计方法、特点和程序  23-26
    2.1.1 浅埋暗挖法设计方法及设计特点  23-25
    2.1.2 浅埋暗挖设计原则及程序  25-26
  2.2 支护结构工程类比设计  26-37
    2.2.1 断面形式及几何尺寸拟定  27-29
    2.2.2 衬砌类型及参数选择  29-33
    2.2.3 超前支护及其设计  33-36
    2.2.4 结构防排水设计  36-37
  2.3 锚喷支护的解析计算与设计  37-40
    2.3.1 锚喷支护的作用原理  38
    2.3.2 锚喷支护设计计算  38-40
  2.4 管棚超前支护设计计算  40-44
    2.4.1 管棚的作用原理  40-41
    2.4.2 管棚超前支护设计计算  41-44
  2.5 本章小结  44-46
第3章隧道支护结构设计计算  46-62
  3.1 支护结构计算的力学模式  46-48
    3.1.1 荷载—结构模式  46-47
    3.1.2 支护结构体系与围岩共同作用的计算模式  47-48
  3.2 结构—荷载计算模式  48-50
    3.2.1 荷载分类  48-49
    3.2.2 主要荷载计算方法  49-50
  3.3 衬砌结构设计计算(荷载—结构法)  50-53
    3.3.1 荷载确定  50-51
    3.3.2 计算原理  51
    3.3.3 内力计算  51-53
  3.4 衬砌结构设计计算(有限元法)  53-58
    3.4.1 基本假定  53-54
    3.4.2 水土合算及无仰拱的有限元计算  54-55
    3.4.3 水土合算及带仰拱的有限元计算  55-56
    3.4.4 水土分算及带仰拱的有限元计算  56-58
  3.5 衬砌截面强度检算  58-60
    3.5.1 边墙底及拱顶截面强度检算  58-59
    3.5.2 拱底强度检算  59-60
  3.6 本章小结  60-62
第4章富水砂卵石地层辅助施工措施  62-72
  4.1 富水砂卵石地层施工技术难点  62-63
  4.2 工程降水的作用与降水方法  63-64
    4.2.1 降水的作用  63-64
    4.2.2 降水方法  64
  4.3 地表降水施工设计  64-68
    4.3.1 降水井设计  64-66
    4.3.2 降水井施工  66-68
  4.4 地表降水引起的地面变形和沉降分析  68-70
    4.4.1 井点附近地面变形和沉降  68
    4.4.2 工程降水引起地面沉降的原因  68-69
    4.4.3 工程降水引起地面沉降的简易估算法  69
    4.4.4 井点降水对周围环境产生不良影响的防止措施  69-70
  4.5 本章小结  70-72
第5章隧道开挖引起的地层变形和结构受力研究  72-105
  5.1 概述  72-76
    5.1.1 分析方法  72
    5.1.2 施工模拟的有限元基本方法  72-75
    5.1.3 隧道施工基本沉降机理分析  75-76
  5.2 建模基本理论  76-80
    5.2.1 围岩力学模型  76-78
    5.2.2 地应力场的模拟  78
    5.2.3 边界条件的确定  78
    5.2.4 释放荷载的计算  78-80
  5.3 模型的建立  80-82
    5.3.1 计算模型本构关系的选择  80-81
    5.3.2 模型参数的选择  81-82
    5.3.3 模型单元的选择  82
  5.4 二维数值模拟及结果分析  82-90
    5.4.1 模拟开挖步骤  82-84
    5.4.2 地层应力的比较  84-85
    5.4.3 初期支护受力的比较  85-88
    5.4.4 地层位移和地表沉降的比较  88-90
  5.5 三维数值模拟及结果分析  90-103
    5.5.1 模拟开挖步骤  90-94
    5.5.2 地层的应力、应变特征  94-96
    5.5.3 地层位移特征  96-102
    5.5.4 初期支护受力特征  102-103
  5.6 本章小结  103-105
第6章现场监控量测和信息反馈  105-110
  6.1 信息化设计与施工  105-106
    6.1.1 浅埋暗挖法的施工工艺流程  105
    6.1.2 信息化设计与施工的原理  105-106
  6.2 监控量测  106-109
    6.2.1 监控量测目的和任务  106-107
    6.2.2 监测流程  107
    6.2.3 监控量测内容和方法  107-109
  6.3 本章小结  109-110
结论与建议  110-112
  主要结论  110-111
  发展趋势及建议  111-112
致谢  112-113
参考文献  113-117
攻读硕士期间发表论文情况  117
攻读硕士期间参加科研项目  117

富水砂卵石地层条件下浅埋暗挖法隧道设计与施工对策

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