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重庆地铁隧道TBM始发段的施工技术研究

作　者: 张青林
导　师: 陈文化
学　校: 北京交通大学
专　业: 建筑与土木工程
关键词: TBM始发段撑靴压力破碎围岩地表预注浆 ANSYS有限元模拟
分类号: U455.43
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文以重庆地铁6号线TBM(岩石隧道掘进机)试验段为背景基础,TBM在我国城市施工中尚属首次,许多问题有待解决。本文针对国内TBM隧道始发段的施工中围岩强度无法满足TBM撑靴压力要求的问题来进行研究。TBM以前主要应用于山岭隧道施工,本文在重庆地铁围岩的情况下对始发段的隧道设计与施工进行分析。由于工程的唯一性和工程造价昂贵,因此事先从资料方面对施工技术进行理论和数值分析,进而推测合理的施工手段。本文通过采用ANSYS有限元软件将隧道的支护设计、预加固设计进行验证和比较,得出满足工期的前提下较为合理的TBM撑靴压力以及TBM经过软弱围岩段时合理的预加固方法。首先从撑靴压力对预备洞和出发洞初衬和围岩的受力变形影响分析得出合理的TBM撑靴压力；然后通过量化围岩参数指标对比来得到较为合理的围岩加固的方法途径。并深入讨论了在撑靴压力作用下围岩的受力和变形等特点,使得对比更加明显。全文对比了预备洞和出发洞隧道在撑靴压力作用下围岩和支护的受力变形,得到一个在满足工期的前提下比较合理的撑靴压力值。在TBM遇到破碎围岩段时,通过岩石参数的对比和分析也得到了较为合理的预加固方法。本文最后对这些方法和结论做出了总结。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-8
目录  8-11
1. 绪论  11-17
  1.1 选题背景  11-12
  1.2 TBM始发段隧道的研究现状  12-13
  1.3 问题的提出  13-14
  1.4 本文的主要研究内容  14
  1.5 技术路线  14-17
2. TBM隧道的施工特点  17-29
  2.1 TBM简介  17-21
    2.1.1 隧道掘进机的分类及适用范围  18
    2.1.2 TBM的工作原理  18-19
    2.1.3 TBM的基本功能  19-20
    2.1.4 TBM的施工特点  20-21
  2.2 TBM隧道的施工过程  21-23
  2.3 TBM始发段的围岩及受力特点  23-24
    2.3.1 TBM始发段的介绍  23
    2.3.2 TBM始发段的围岩特点  23-24
    2.3.3 TBM始发段的围岩的受力特点  24
  2.4 TBM适宜的工作围岩和地质状况  24-25
  2.5 TBM施工遇到不良地质状况的处理方法  25-27
  2.6 本章小结  27-29
3. 隧道施工模拟理论及工程概况  29-45
  3.1 隧道围岩受力、变形的数值模拟介绍  29-33
    3.1.1 隧道结构数值计算方法简述  29-30
    3.1.2 有限元分析的基本问题  30-32
    3.1.3 围岩受力变形的基本思路  32-33
  3.2 采用ANSYS的建模过程  33-35
    3.2.1 单元的选取  33-34
    3.2.2 模型的建立  34
    3.2.3 荷载施加和求解  34-35
    3.2.4 后处理过程  35
  3.3 初始地应力的模拟  35
  3.4 隧道的开挖和支护模拟  35
  3.5 工程概况  35-36
    3.5.1 隧道概况  35-36
    3.5.2 隧道设计标准  36
  3.6 工程地质条件  36-43
    3.6.1 地形、地貌  36-37
    3.6.2 地质与围岩情况  37-38
    3.6.3 地质构造  38-39
    3.6.4 水文地质条件  39
    3.6.5 隧道围岩分级  39-41
    3.6.6 TBM始发段围岩级别及围岩主要参数  41-42
    3.6.7 TBM主要参数  42-43
  3.7 本章小结  43-45
4. 预备洞和出发洞的受力与TBM施工分析  45-73
  4.1 预备洞和出发洞长度的确定  45
  4.2 预备洞的受力与TBM施工分析  45-57
    4.2.1 预备洞相关计算参数的选取和确定  46
    4.2.2 解析区域的确定  46
    4.2.3 隧道模型的建立及地应力的计算  46-48
    4.2.4 隧道开挖及开挖后数据分析  48-52
    4.2.5 TBM步进预备洞时受力分析  52-56
    4.2.6 小结  56-57
  4.3 出发洞的受力和TBM施工分析  57-73
    4.3.1 预备洞相关计算参数的选取和确定  57-58
    4.3.2 解析区域的确定  58
    4.3.3 隧道模型的建立及地应力的计算  58-59
    4.3.4 隧道开挖及开挖后数据分析  59-63
    4.3.5 较大TBM撑靴作用力作用在出发洞正常掘进受力分析  63-68
    4.3.6 TBM撑靴作用力减小后的受力分析  68-71
    4.3.7 小结  71-73
5. TBM隧道始发段破碎围岩地表注浆的分析  73-95
  5.1 破碎段隧道模型参数的选取及方法  73-75
    5.1.1 模型围岩计算参数的选取和确定  73
    5.1.2 预注浆加固区和锚杆加固区参数的确定  73-74
    5.1.3 解析区域的确定  74-75
    5.1.4 边界条件  75
    5.1.5 隧道模型  75
  5.2 模型对比点的选取  75-76
  5.3 初始地应力作用下模型的模拟  76-77
  5.4 预注浆后地应力作用下的对比  77-80
    5.4.1 预注浆加固方法  77
    5.4.2 预注浆后岩体模型的变形分析  77-80
  5.5 隧道开挖后岩体模型的变形分析  80-81
  5.6 撑靴作用于洞壁后的变形分析  81-92
  5.7 本章小结  92-95
6. 地表预注浆加固方法的设计  95-101
  6.1 地表注浆法的目的及注浆工艺  95
  6.2 地表注浆加固范围的确定  95-96
  6.3 材料的选择  96
  6.4 注浆压力、浆液扩散半径和注浆孔位布置的确定  96-100
  6.5 注浆施工过程  100
  6.6 本章小结  100-101
7. 结论与展望  101-103
  7.1 结论  101-102
  7.2 论文的不足与展望  102-103
参考文献  103-105
作者简历  105-109
学位论文数据集  109

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