大断面富水黄土隧道开挖方法优选及设备配套研究

发布时间：2017-04-25 20:18

  本文关键词：大断面富水黄土隧道开挖方法优选及设备配套研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：国家为了提高西部地区的经济水平和社会发展水平,巩固国防,在西部地区开展了大范围的基础设施建设。黄土隧道建设面临诸多难题,传统开挖工法以及设备配套已经不足以保证黄土隧道安全快速施工,因此有必要优化黄土隧道开挖工法,确定黄土隧道设备配套方案。本文依据宝兰客运专线王家沟黄土隧道和连霍高速公路定远2#黄土隧道实际工程,完成的主要工作和结果如下:(1)理论分析含水率对黄土的内摩擦角、黏聚力以及抗拉强度的影响。含水率小于15%时,内摩擦角减小速率快,含水率15%~20%时,内摩擦角不再随含水率变化,含水率大于20%时,内摩擦角减小速率较快;含水率对黏聚力影响接近线性关系,随着含水率的增大,黏聚力直线减小;含水率对抗拉强度影响接近反比例曲线,含水率为11%为曲线的分界点。(2)通过对王家沟黄土原位取样进行室内试验,分析数据得出以下结果,内摩擦角为22.33,黏聚力为29.8kPa,塑限ωP为16.5%、液限ωL为31.95%。塑性指数IP为15.55,竖直弹性模量为160.4MPa,水平弹性模量为87.5 MPa。(3)对王家沟隧道DK983+892断面现场监控量测数据进行分析,从变形来看,主要特点是:变形量大、初期变形速率快、变形时间长。围岩压力最大值出现在左拱脚,为445.40kPa;钢拱架应力最大值出现在右拱腰,为242.46MPa;接触压力最大值发生在右拱脚,为944.75kPa;混凝土最大压应力在右拱腰,为20.17MPa;钢筋计的大部分仪器损坏,数据不具有参考性。综合分析以上结果,监测项目的最大值出现右拱腰或者右拱脚,王家沟隧道可能处于山体偏压状态。(4)根据大断面黄土隧道的变形特征结果,对变形控制措施进行优选分析。以王家沟隧道DK983+892~DK983+922段,对不同的开挖工法、不同的开挖顺序及临时支撑形式、不同的台阶长度、不同的开进尺进行三维数值模拟优选分析,比选结果为宜采用CRD法进行开挖、开挖顺序应为左上左中左下右上右中右下、临时支撑的形式应为拱形、3m台阶长度、0.6m开挖进尺。(5)依据定远2#黄土隧道,对黄土隧道的施工机械和设备配套进行研究,得出黄土设备配套选型有:1.2m~3正铲挖掘、3.4 m~3装载机、15t自卸车、CSS3混凝土喷射机械手、90 m~3/h衬砌混凝土拌合站,全断面液压模板台车、27.2m~3/min美国寿力通风设备。(6)对比分析采用不同开挖形式,人工费用和机械油耗占开挖费用比重较大,随着开挖机械化的不断提高,机械油耗费用所占比重有增大趋势。隧道设备选型时尽量选取机械化程度高且工作利用率较高的机械,节约资源,降低成本。
【关键词】：黄土隧道 大断面 富水 工法优选 设备配套
【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
• Abstract6-11
• 1 绪论11-18
• 1.1 选题的背景及意义11-12
• 1.1.1 黄土的分布11
• 1.1.2 黄土的特性11
• 1.1.3 大断面富水黄土隧道的问题提出11-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 大断面富水黄土隧道的研究现状12-15
• 1.2.2 施工机械及被套技术的研究现状15-16
• 1.3 论文研究的主要内容、方法及其技术路线16-18
• 1.3.1 论文研究的方法及主要内容16
• 1.3.2 论文研究技术路线16-18
• 2 黄土力学影响因素及大断面富水黄土隧道施工关键技术18-27
• 2.1 黄土力学性能的影响因素18-23
• 2.1.1 含水率对力学性质的影响18-22
• 2.1.2 结构构造特征对力学性能的影响22-23
• 2.1.3 形成年代对力学性能的影响23
• 2.2 大断面富水黄土隧道施工关键技术23-27
• 2.2.1 开挖工法评价23-25
• 2.2.2 加固措施及要点25-27
• 3 大断面黄土隧道室内试验及现场监控量测分析27-58
• 3.1 工程概况27-29
• 3.1.1 工程地质27
• 3.1.2 水文地质及气象资料27-28
• 3.1.3 不良地质及特殊岩土28-29
• 3.2 室内实验结果及分析29-33
• 3.2.1 水平向三轴抗剪29
• 3.2.2 竖向三轴抗剪29-30
• 3.2.3 液塑限30-31
• 3.2.4 弹性模量试验31-33
• 3.3 王家沟隧道DK983+892断面施工监控量测与分析33-56
• 3.3.1 现场监控量测简要33-34
• 3.3.2 现场监控量测结果34-56
• 3.4 小结56-58
• 4 大断面黄土隧道开挖工法优化研究58-91
• 4.1 有限元模型及模拟工况简介58-61
• 4.1.1 有限元模型58-59
• 4.1.2 模拟工况59-61
• 4.2 不同开挖工法优化61-69
• 4.2.1 计算结果与分析61-68
• 4.2.2 小结68-69
• 4.3 开挖顺序和临时支撑优化69-71
• 4.3.1 计算结果与分析69-71
• 4.3.2 小结71
• 4.4 不同台阶长度优化71-80
• 4.4.1 计算结果与分析71-79
• 4.4.2 小结79-80
• 4.5 不同进尺长度优化80-89
• 4.5.1 计算结果对比分析80-88
• 4.5.2 小结88-89
• 4.6 数值模拟结果与实测结果对比分析89-91
• 4.6.1 结果对比89-90
• 4.6.2 小结90-91
• 5 黄土隧道施工机械及配套技术研究91-104
• 5.1 隧道设备选型的基本原则和影响因素91-93
• 5.1.1 隧道设备配套的基本原则91-92
• 5.1.2 隧道设备选型的影响因素92-93
• 5.2 岩体隧道设备配套与黄土隧道设备配套机械选型的异同点93-98
• 5.2.1 岩体隧道与黄土隧道机械设备配套共同点93-97
• 5.2.2 岩体隧道与黄土隧道机械设备配套区别97-98
• 5.3 定远黄土隧道机械选型分析98-103
• 5.3.1 定远黄土黄土隧道施工概况98-100
• 5.3.2 机械选型对比分析100-103
• 5.4 小结103-104
• 6 结论与展望104-107
• 6.1 结论104-106
• 6.2 展望106-107
• 致谢107-108
• 参考文献108-112
• 攻读学位期间的研究成果112

【参考文献】

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本文编号：327028