大断面黄土隧道开挖工法优化及预支护研究

发布时间：2017-04-08 17:29

  本文关键词：大断面黄土隧道开挖工法优化及预支护研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：黄土有着特殊的工程特性。大断面黄土隧道施工一直是困扰隧道工程界的一个重要问题,尤其是施工方法选取是控制围岩变形的重要方面。在地层岩性较差时,预支护体系能更好的为围岩稳定提供保障,保证施工安全顺利的进行。本文以“宝兰客运专线”的徐家川隧道为依托,以大断面黄土隧道IV级围岩段施工为推手,采用现场应力及变形监控量测、理论分析分析围岩受力和变形机理,通过数值模拟计算对比分析选出隧道合理的开挖工法,并对选取出来的合理工法进行台阶长度和进尺的优化分析。通过弹性地基梁理论来分析隧道施工过程中的管棚预支护的作用机理,并根据数值模拟计算结果对管棚预支护的效果进行分析和评价。最后通过对不同管棚支护角度进行对比分析,确定了隧道施工最佳的管棚支护范围。论文的主要工作和成果如下:(1)结合现场监控量测数据分析徐家川隧道变形与支护受力之间的相互作用关系和特征。分析结果表明,徐家川隧道具有初期变形速率快和变形持续时间长的特征。变形特征受岩层走向、倾向影响较大,因此围岩变形、围岩压力和支护受力具有明显的不对称性。(2)根据大断面黄土隧道开挖方法的分析研究,有针对性的提出了三台阶七部法、CD法、CRD法在徐家川隧道IV级围岩段适用,并通过有限元数值模拟手段对三种工法下围岩稳定性、支护结构受力安全性、开挖进度等对比优选,表明三台阶七部工法在安全施工上、进度上都能满足施工要求。(3)通过模拟计算对三台阶七部工法进行不同台阶长度、不同开挖进尺的优化分析。最终通过比选得出最优变形控制措施,宜采用3m台阶长度、0.6m开挖进尺。短进尺和短台阶能减少围岩裸露时间、更快实现封闭成环。(4)通过管棚预支护模型理论分析,介绍了Pasternak计算模型下管棚的弯矩、挠度、转角公式,并通过对徐家川隧道V级围岩段管棚预支护进行分离式数值模拟,研究管棚的作用机理和管棚预支护作用下在隧道开挖过程中对围岩、支护结构和地表沉降的影响,得到管棚在开挖面附近变形较大,弯矩在开挖面附近有正有负。在已开挖未支护段管棚主要承担围岩压力,在开挖已支护段管棚与支护一起承担围岩压力,未开挖段与围岩承担围岩压力,能把所受的力传递掌子面后面围岩。(5)通过模拟分析,对60°、90°和120°支护范围下管棚预支护的支护效果进行了对比分析,分析表明120°下管棚支护角度为最佳。
【关键词】：大断面黄土隧道 开挖工法 优选 管棚预支护
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U455.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 选题的背景及意义10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 大断面黄土隧道开挖工法研究现状10-12
• 1.2.2 大断面黄土隧道预支护研究现状12-14
• 1.3 本论文主要研究内容及其研究路线14-16
• 1.3.1 论文研究的内容和方法14
• 1.3.2 论文研究的技术路线14-16
• 2 徐家川隧道工程概况16-22
• 2.1 工程概况16-19
• 2.1.1 工程水文地质情况16-17
• 2.1.2 现场土工试验17-19
• 2.2 隧道设计与施工概况19-21
• 2.3 本章小结21-22
• 3 大断面黄土隧道监控量测及稳定性分析22-35
• 3.1 隧道监控量测基本情况22-24
• 3.1.1 测试断面及测点布置22-24
• 3.1.2 黄土隧道监测的目的和意义24
• 3.2 现行隧道围岩稳定性的判别方法24-25
• 3.2.1 以位移量考察围岩稳定24-25
• 3.2.2 以位移速率考察围岩稳定25
• 3.3 徐家川隧道围岩变形监测分析25-28
• 3.4 徐家川隧道围岩应力监测及结果分析28-33
• 3.4.1 围岩应力28-30
• 3.4.2 钢拱架应力30-31
• 3.4.3 初期支护与二衬接触压力31-33
• 3.4.4 二衬混凝土应力33
• 3.5 本章小结33-35
• 4 隧道IV级围岩段开挖方法数值模拟优化分析35-56
• 4.1 开挖方法概述35
• 4.2 不同工法的对比分析35-43
• 4.2.1 计算模型及参数35-38
• 4.2.2 计算结果对比分析38-43
• 4.3 工法优化分析43-55
• 4.3.1 不同台阶长度对比分析43-48
• 4.3.2 不同开挖进尺对比分析48-55
• 4.4 本章小结55-56
• 5 V级围岩条件下管棚及隧道施工过程的数值模拟56-77
• 5.1 管棚支护受力理论分析56-59
• 5.1.1 管棚预支护概述56
• 5.1.2 管棚预支护受力分析理论简介56-59
• 5.2 管棚及隧道施工过程的数值模拟59-61
• 5.2.1 计算模型的建立59-61
• 5.3 数值模拟结果分析61-73
• 5.3.1 管棚预支护体系在隧道开挖进程中的力学行为分析61-67
• 5.3.2 围岩应力及变形分析67-71
• 5.3.3 支护结构的受力分析71-73
• 5.4 管棚布置方式对管棚预支护效果的影响73-75
• 5.5 本章小结75-77
• 6 结论与展望77-79
• 6.1 结论77
• 6.2 展望77-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-83
• 攻读学位期间的研究成果83

【参考文献】

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本文编号：293337