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小净距大断面隧道施工力学特性及长期稳定性研究

作　者: 吴恒滨
导　师: 张学富
学　校: 重庆交通大学
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: 小净距隧道 大断面隧道 施工力学 近接影响 净距优化 开挖方法 长期稳定性 屈服接近度
分类号: U451
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 194次
引　用: 5次
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内容摘要


为适应日益增长的经济和交通发展要求,同时为解决分离式隧道最小净距要求所带来的展线不灵活、占地面积大、高边坡等突出问题,以三车道公路隧道为代表的小净距大断面隧道建设要求逐渐提升。但是,小净距大断面隧道的应用和研究尚处于起步阶段,施工过程中的力学特性和规律、隧道之间的相互影响等诸多问题还缺乏系统研究,其设计理论和施工方法还未成熟,无法满足工程的需要。本文围绕重庆绕城高速公路北段N7合同段的小净距大断面隧道展开,以三车道朝阳寺隧道为背景,采用数值模拟、现场监测等方法,重点研究了小净距大断面隧道在施工过程中的力学性态,近接施工影响,合理净距探讨,长期稳定性等几个方面。首先针对小净距大断面施工力学特性复杂的特点,结合工程实例,采用数值模拟手段进行三维弹塑性分析,研究得到了隧道施工过程中隧道围岩变形规律,并引入屈服接近度的概念评价围岩及支护结构受力特性,探讨了小净距大断面隧道近接施工影响规律。为了选择小净距大断面隧道的开挖方法,进行了依托工程隧道在不同施工方法条件下的围岩和支护结构变形及受力特性分析研究。研究结果表明:在控制地表沉降,降低隧道近接施工影响等方面效果最为明显的是双侧壁导坑法,依次为CRD法、台阶法、全断面法;其中CRD法、上下台阶法和全断面法屈服接近线呈蝴蝶形状,靠近中间岩柱处较另一侧大,而双侧壁导坑法可以有效的抑制围岩屈服范围,使得围岩受力更加匀称。借鉴小净距隧道现有研究成果,结合朝阳寺隧道工程实践,研究分析了小净距大断面隧道不同近接施工围岩和隧道的变形及受力特性,给出了较为合理的净距为1D～1.2D,并采用强度折减法在不考虑支护的情况下进行计算,结果与前述分析一致,在此基础上提出一种新的小净距大断面隧道合理净距选取原则。通过对小净距大断面隧道长期稳定性研究,分析得出流变作用对围岩变形在前10年影响较大,随着时间增长逐渐减小,并在50年时基本稳定;对支护结构受力影响主要体现在二衬上,但还远未达到产生屈服和破坏的程度。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第1章 绪论  9-17
  1.1 引言  9
  1.2 国内外研究现状  9-14
    1.2.1 相互影响研究  10-12
    1.2.2 设计施工方法研究  12
    1.2.3 合理净距研究  12-13
    1.2.4 长期稳定性研究  13-14
  1.3 研究存在的问题  14-15
  1.4 主要研究内容及创新点  15-17
    1.4.1 主要研究内容  15-16
    1.4.2 创新点  16-17
第二章 隧道施工过程数值模拟方法与ANSYS 实现  17-23
  2.1 隧道施工过程数值模拟方法  17-19
    2.1.1 开挖（卸载）的模拟  17-18
    2.1.2 施工过程的模拟  18-19
    2.1.3 释放荷载的计算  19
  2.2 隧道施工过程模拟的ANSYS 实现  19-23
    2.2.1 初始地应力的模拟  19-20
    2.2.2 开挖与支护过程的模拟  20
    2.2.3 连续施工的模拟  20-21
    2.2.4 地应力释放的模拟  21
    2.2.5 屈服接近度  21-23
第三章 小净距大断面隧道施工力学特性研究  23-45
  3.1 朝阳寺隧道工程概况  23-24
  3.2 工程地质概况与水文概况  24-25
    3.2.1 工程地质条件  24-25
    3.2.2 水文地质条件  25
  3.3 工程施工方法  25-26
  3.4 有限元模型  26-27
  3.5 施工过程模拟  27-29
  3.6 研究目标面及关键点  29
  3.7 计算结果分析  29-43
    3.7.1 地表沉降分析  29-31
    3.7.2 隧道变形分析  31-36
    3.7.3 围岩受力分析  36-38
    3.7.4 支护受力分析  38-42
    3.7.5 模拟结果与现场监测数据对比  42-43
  3.8 小结  43-45
第四章 小净距大断面隧道不同施工方法研究  45-53
  4.1 引言  45
  4.2 不同施工方法的模拟及模型的建立  45-46
  4.3 计算结果分析  46-52
    4.3.1 围岩及隧道变形分析  46-48
    4.3.2 围岩及隧道受力分析  48-52
  4.4 小结  52-53
第五章 小净距大断面隧道不同近接施工研究  53-65
  5.1 引言  53
  5.2 计算模型的建立  53-54
  5.3 计算结果分析  54-62
    5.3.1 围岩及隧道变形分析  54-55
    5.3.2 围岩及隧道受力分析  55-62
  5.4 与强度折减法结果对比  62-63
    5.4.1 强度折减法的基本原理  62
    5.4.2 破坏准则的规定  62
    5.4.3 合理净距的判定依据  62-63
    5.4.4 强度折减法结果分析  63
  5.5 小结  63-65
第六章 小净距大断面隧道长期稳定性研究  65-77
  6.1 引言  65-66
  6.2 计算模型的建立  66-68
  6.3 计算结果分析  68-75
    6.3.1 围岩变形分析  68-70
    6.3.2 支护结构受力分析  70-75
  6.4 小结  75-77
第七章 结论与展望  77-79
  7.1 结论  77-78
  7.2 进一步研究的展望  78-79
致谢  79-80
参考文献  80-83
附录：地应力自动释放荷载宏文件  83-89
在学期间发表的论著及取得的科研成果  89

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 隧道工程 > 隧道结构理论
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