既有隧道在下穿新建隧道影响下的力学特性研究

发布时间：2017-10-16 03:26

  本文关键词：既有隧道在下穿新建隧道影响下的力学特性研究

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【摘要】：城市化水平的提高带来了地下空间的快速发展,地下立交的出现解决了交通拥挤的问题。而地下立交通常处于城市繁华地段、结构形式复杂、临近建筑物多、人员密集、隧道线路之间纵横交错,因此必然会带来与施工相关的一系列问题,例如隧道临近建筑物施工,两并行隧道的施工,新建隧道上跨既有隧道,新建隧道下穿既有隧道等近接施工问题。本文站在前人的肩膀上,以规划中的重庆朝天门两江隧道工程为依托,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,分析讨论新建隧道正交下穿既有隧道的动态施工过程以及在不同中夹岩厚度条件下,既有隧道发生的一系列力学行为的变化规律。主要研究内容和结论如下:(1)系统介绍了近代以来隧道近接施工的研究方法,得出数值模拟、理论研究、试验研究相结合是较合理的方法。总结了近接施工隧道开挖力学的基本原理,理论上分析了隧道在开挖过程中的应力、位移的变化、有支护状态下的应力分区以及支护对洞室周边位移的影响。理论分析得出隧道开挖后,拱顶的下沉位移大于侧壁发生的位移,围岩条件是划分隧道开挖影响区域的一个重要因素。(2)有限元模拟新建隧道正交下穿既有隧道的动态施工过程,主要分析了既有隧道纵向典型断面上的变化规律,包括拱顶、拱底的竖向位移和拱腰的水平位移,交叉部位围岩应力变化和支护结构弯矩变化情况。既有隧道拱底围岩出现拉应力,且在新建隧道开挖至交叉部位时,此时拉应力最大。既有隧道拱腰处围岩压应力在新建隧道通过交叉部位前增大,通过交叉部位后减小。既有隧道断面距离交叉部位越近,其受到开挖的影响越大。(3)有限元模拟新建隧道在三种中夹岩厚度条件下正交下穿既有隧道过程,分析其对既有隧道典型断面上的位移、轴力、弯矩的影响以及交叉部位围岩的应力变化情况。两隧道之间的中夹岩厚度对既有隧道拱顶的竖向位移影响较大。中夹岩厚度越小,既有隧道各断面轴力变化越大。从既有隧道的拱底和拱腰发生的位移的角度来说,两隧道的中夹岩厚度较大时,新建隧道的开挖对既有隧道的影响区域大,但是力度小;两隧道的中夹岩厚度较小时,新建隧道的开挖对既有隧道的影响区域小,但是力度大。(4)探讨了交叉隧道预加固技术,重点阐述三种中夹岩的加固技术及其作用机理,包括小导管注浆、系统锚杆、水平贯通预应力锚杆,最后给出了交叉隧道施工中夹岩的加固建议措施。
【关键词】：新建隧道 既有隧道 数值模拟 中夹岩厚度 力学特性
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U451
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-29
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外工程研究现状10-16
• 1.2.1 工程实践10-15
• 1.2.2 研究现状15-16
• 1.3 地下近接工程研究方法16-26
• 1.3.1 经验分析17-20
• 1.3.2 模拟试验20-22
• 1.3.3 数值模拟22-24
• 1.3.4 理论研究24-25
• 1.3.5 现场实测25
• 1.3.6 研究方法小节25-26
• 1.4 本文研究内容及技术路线26-29
• 1.4.1 研究的主要内容26
• 1.4.2 技术路线26-29
• 第二章 隧道开挖力学基本原理29-41
• 2.1 概述29-30
• 2.2 近接度的划分30-31
• 2.3 隧道开挖力学一般原理31-38
• 2.3.1 隧道开挖后的弹性二次应力状态31-32
• 2.3.2 隧道开挖后的位移状态32-33
• 2.3.3 隧道开挖后形成塑性区的二次应力状态与分布33-36
• 2.3.4 开挖后有支护的三次应力状态与分区36-37
• 2.3.5 支护阻力对隧道周边位移状态的影响37-38
• 2.4 地下工程的受力特点38-39
• 2.5 本章小节39-41
• 第三章 新建正交下穿隧道对既有隧道影响的三维数值模拟41-71
• 3.1 数值模拟基本理论41-42
• 3.2 三维有限元模型的建立42-44
• 3.2.1 模型边界的选取42-43
• 3.2.2 确定开挖工序43
• 3.2.3 隧道结构尺寸和计算参数43-44
• 3.3 结果分析44-69
• 3.3.1 位移变化分析44-51
• 3.3.2 围岩应力变化分析51-53
• 3.3.3 支护结构轴力变化分析53-64
• 3.3.4 支护结构弯矩变化分析64-69
• 3.4 本章小节69-71
• 第四章 不同中夹岩厚度下新建隧道开挖对既有隧道影响的三维数值模拟71-101
• 4.1 概述71
• 4.2 建立有限元模型71-72
• 4.3 结果分析72-100
• 4.3.1 位移变化分析72-82
• 4.3.2 围岩应力变化分析82-85
• 4.3.3 支护结构轴力变化分析85-93
• 4.3.4 支护结构弯矩变化分析93-100
• 4.4 本章小节100-101
• 第五章 交叉隧道施工加固技术研究101-109
• 5.1 交叉隧道预加固技术101-102
• 5.2 交叉隧道中夹岩加固技术102-106
• 5.2.1 中夹岩加固技术作用机理103-104
• 5.2.2 中夹岩加固技术的比较104-106
• 5.2.3 施工建议106
• 5.3 交叉隧道施工存在的问题与发展趋势106-107
• 5.4 本章小节107-109
• 第六章 结论与展望109-111
• 6.1 结论109-110
• 6.2 本文的不足与展望110-111
• 致谢111-113
• 参考文献113-117
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果117

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本文编号：1040355