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上跨既有线多断面软岩隧道施工力学研究

作　者: 程宏超
导　师: 万文；阳生权
学　校: 湖南科技大学
专　业: 土木工程
关键词: 新建隧道施工力学数值模拟监控量测
分类号: U451
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 38次
引　用: 1次
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内容摘要

随着我国城市化进程的发展,地下空间的开发利用不可或缺,在地下空间的利用中,轨道交通系统作为城市基础设施建设是很重要的一方面。轨道交通建设中不可避免会进行新建隧道与既有隧道的交叠现象的出现。因此,有必要对其进行研究。本文对重庆建新坡隧道跨越既有隧道段进行了施工力学研究。通过理论分析、数值模拟、监控量测等几方面对围岩及结构的受力和变形进行了分析。并通过数值模拟与监控量测的比较,验证了施工方法的合理性。主要成果如下:1.对隧道的一次应力状态、隧道开挖后的应力场、围岩压力的状态进行了分析,阐述了影响围岩稳定性的因素:一是内在因素,如:地质及地质结构因素,初始地应力状态,岩体力学性质因素,地下水的影响等;一是外在因素,如:工程因素和时间因素。2.针对新建隧道上穿既有隧道的现状,进行了FLAC数值模拟研究,对围岩应力、位移的变化规律进行了分析,得出了重要结论:跨越段隧道围岩拉应力变化受开挖影响明显,开挖段拉应力峰值明显高于非开挖段;在临近跨越位置的拉应力峰值还要高于跨越位置的情况,说明临近跨越段的既有隧道加固比跨越位置更重要;既有隧道施工前的加固尤其是临近开挖段的加固非常必要,能有效控制和抑制应力集中部位的变形,另一方面,跨越段的分步开挖也能有效控制和避免既有隧道跨越段围岩的过大的应力集中。3.通过现场监控量测,得到了重要的数据,并进行了分析,得出了地表沉降、围岩压力、内空收敛和拱顶下沉及钢格栅拱架应力的变化规律,结果显示,在软弱围岩中进行小间距隧道的施工,下部的施工会对上部产生影响,左右洞之间的影响也不可忽视,因此在施工中,加强上部支护的补强和加固非常必要,尤其要重视对小间距隧道中间岩柱的加固,以防止施工对该部分岩体的扰动过大,进而使结构的整体稳定性受到影响。4.对既有隧道的监测结果表明:新建隧道的开挖未对既有隧道产生过大影响,既有隧道在施工期间保持稳定。5.数值模拟结果和监控量测结果的对比显示,模拟值和实测值存在一定程度的差异,但两者的变化规律基本一致,从而验证了数值模拟的可参考性和现场施工方法的合理性。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-21
  1.1 背景及意义  11-12
  1.2 研究现状  12-19
    1.2.1 穿越段隧道近接施工研究现状  12-14
    1.2.2 隧道数值模拟现状  14-16
    1.2.3 小间距隧道研究现状  16-19
  1.3 研究的内容  19
    1.3.1 隧道开挖后的力学行为研究  19
    1.3.2 新建隧道上跨既有隧道的数值模拟分析  19
  1.4 本文研究的技术路线  19-21
    1.4.1 理论分析  19
    1.4.2 数值建模  19
    1.4.3 监控量测  19-20
    1.4.4 将监测值和模拟值进行对比分析  20-21
第二章隧道开挖的力学行为及数值模拟方法  21-39
  2.1 隧道一次应力状态  21-22
  2.2 隧道开挖后的应力场  22-23
  2.3 围岩压力  23-26
    2.3.1 围岩压力产生的原因  23-24
    2.3.2 围岩压力的分类  24
    2.3.3 影响围岩压力的因素  24-26
  2.4 围岩压力的状态  26-28
    2.4.1 弹性状态下支护围岩压力  26-27
    2.4.2 塑性状态下支护围岩压力  27-28
  2.5 影响围岩稳定的因素  28-32
    2.5.1 地质及地质结构因素  29-30
    2.5.2 初始应力状态  30
    2.5.3 岩体力学性质因素  30
    2.5.4 地下水影响  30-31
    2.5.5 工程因素  31
    2.5.6 时间因素  31-32
  2.6 隧道施工数值模拟方法  32-38
    2.6.1 基本模拟方法  32
    2.6.2 实现卸载过程的具体方法  32-34
    2.6.3 数值模拟计算方法——FLAC 模拟的实现  34-38
  2.7 小结  38-39
第三章跨越段隧道数值模拟  39-71
  3.1 工程概况  39
  3.2 地质条件  39-41
  3.3 既有建筑物分布  41-42
  3.4 隧道结构设计概况  42-43
    3.4.1 结构选型  42-43
    3.4.2 洞门设计  43
  3.5 本工程重点与难点  43-45
  3.6 跨越段隧道数值模拟  45-71
    3.6.1 跨越段隧道概述  45-46
    3.6.2 施工方案与施工工艺选择确定  46-48
    3.6.3 计算模型与实际模拟工况  48-53
    3.6.4 工况数值模拟与仿真分析  53-68
    3.6.5 小结  68-71
第四章监控量测与数值模拟的对比分析  71-89
  4.1 监控量测的目的和意义  71
  4.2 监测流程  71
  4.3 监测的内容  71-73
  4.4 监测方法  73-79
    4.4.1 净空相对位移收敛和拱顶下沉量测  73-74
    4.4.2 地表下沉量测  74-75
    4.4.3 格栅拱架内力量测  75
    4.4.4 围岩压力量测  75-76
    4.4.5 数据采集与分析  76-79
  4.5 监测结果分析  79-85
    4.5.1 地表沉降  79-80
    4.5.2 围岩压力  80-82
    4.5.3 收敛及沉降量测  82
    4.5.4 既有隧道的变形分析  82-85
    4.5.5 格栅拱架应力量测  85
  4.6 监控量测与数值模拟的比较分析  85-88
  4.7 本章小结  88-89
第五章结论  89-91
参考文献  91-95
致谢  95-97
附录 A  97

上跨既有线多断面软岩隧道施工力学研究

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