隧道支护结构特性与协同作用研究

发布时间：2019-02-21 11:49

【摘要】：20世纪50年代新奥法开挖隧道理论被提出,之后在国内外隧道挖开工程中中得到了广泛应用,但是随着地质情况越来越复杂,人们对隧道截面尺寸要求越来越大,由衬砌支护结构,锚杆支护结构和钢架支护结构等组成的隧道支护体系仍然需要保证隧道的安全施工。能否有效控制隧道围岩的变形,这些支护方式各自的作用特点能否得到充分的发挥,对于制定经济有效的支护方案以及隧道的结构安全有着至关重要的影响。本文结合轸大路五卒山隧道工程实际,对衬砌支护结构,锚杆支护结构和钢架支护结构的支护特点、协同支护机理,以及对实际隧道开挖工程中围岩变形的支护效果等进行了研究,主要内容有以下四点:(1)回顾隧道工程兴起发展过程和面临的主要问题,归纳现有的支护理论。(2)研究衬砌支护结构、锚杆支护结构、钢架支护结构的支护机理,分析隧道开挖过程中的能量变化;每种支护形式的受载情况;每种支护形式的支护特点。理论推导支护效果与支护结构尺寸的作用关系,进一步研究多种支护结构的协同作用,总结得出三种支护各自的力学传递机理及适用的围岩条件,并结合简单断面(马蹄形)形状进行数值模拟加以印证。(3)用FLAC3D软件,建立轸大路五卒山隧道数值模型,采用新奥法(CRD法)模拟隧道开挖过程并施加衬砌、锚杆、钢架三种支护结构,从围岩应力场,围岩位移场等方面进行分析,重点研究了拱顶上方竖向位移,底板中点隆起位移,拱腰水平方向的位移随开挖的变化特点及主应力变化情况,得出衬砌、锚杆、钢架三种支护结构的优势与不足。(4)总结衬砌、锚杆、钢架三种支护结构的支护特点、使用条件进而阐释多种支护共同作用的协同机理,对隧道开挖支护工程提供一定指导借鉴,便于在实际工程中按照地质条件制定最佳的支护方案。
[Abstract]:In the 1950s, the theory of tunneling by the New Austrian method was put forward, and then it was widely used in tunneling engineering at home and abroad. However, with the geological conditions becoming more and more complex, the size of tunnel section is becoming more and more demanding. The tunnel support system, which consists of lining support structure, bolt support structure and steel frame support structure, still needs to ensure the safe construction of the tunnel. Whether the deformation of surrounding rock of tunnel can be effectively controlled and whether the characteristics of these supporting methods can be given full play are of great importance to the formulation of economic and effective supporting scheme and the safety of tunnel structure. Based on the engineering practice of Wuzhoushan Tunnel, this paper deals with the supporting characteristics of lining support structure, bolt support structure and steel frame support structure, as well as the synergistic supporting mechanism. The supporting effect of surrounding rock deformation in actual tunnel excavation project is also studied. The main contents are as follows: (1) reviewing the development process of tunnel engineering and the main problems it faces. The existing supporting theories are summarized. (2) the supporting mechanism of lining support structure, bolt support structure and steel frame support structure are studied, and the energy changes during tunnel excavation are analyzed. The load condition of each support form; the support characteristic of each support form. The relationship between the supporting effect and the size of the supporting structure is deduced theoretically, and the synergistic action of various supporting structures is further studied, and the mechanical transfer mechanism and the applicable surrounding rock conditions of the three kinds of supporting structures are summarized. Numerical simulation of the simple section (horseshoe shape) is carried out. (3) the numerical model of the Wujushan Tunnel on the Zhen Road is established with FLAC3D software, and the excavation process of the tunnel is simulated by the New Austrian method (CRD method), and the lining and anchor rod are applied to the tunnel. Three kinds of steel frame supporting structures are analyzed from the stress field of surrounding rock and displacement field of surrounding rock. The vertical displacement above the arch roof and the uplift displacement at the middle point of the bottom plate are studied emphatically. The displacement in horizontal direction of arch waist changes with the excavation and the main stress changes. The advantages and disadvantages of lining, bolt and steel frame are obtained. (4) the supporting characteristics of lining, bolt and steel frame are summarized. The application conditions further explain the synergistic mechanism of various kinds of support and provide some guidance and reference for tunnel excavation and support engineering, which is convenient for drawing up the best support scheme according to the geological conditions in the actual engineering.
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U455.7

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本文编号：2427470