多雨区浅埋偏压连拱隧道修建关键技术问题研究

发布时间：2017-10-22 19:06

  本文关键词：多雨区浅埋偏压连拱隧道修建关键技术问题研究

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【摘要】：连拱隧道作为一种大跨度的双洞结构模式,结构复杂,施工工序繁琐,在多雨山区,处于全风化偏压地层中的双连拱隧道修建极为困难。论文依托龙瑞高速公路在建奔龙坪隧道工程,将理论分析、有限元计算和现场监测相结合,对多雨区浅埋偏压连拱隧道的修建关键技术进行了研究,明确了多雨区浅埋偏压连拱隧道的变形失稳机理,改进了浅埋偏压连拱隧道围岩压力计算方法,优化了偏压连拱隧道的施工方案,为今后类似工程的建设提供实践经验和理论指导。主要工作如下:(1)提出了“浅埋偏压隧道失稳的实质是施工扰动引起的边坡失稳”的认识,将浅埋偏压连拱隧道的稳定性问题转化为从属边坡稳定性问题;改进了边坡稳定性分析的不平衡推力法,建立了考虑连拱隧道开挖、衬砌结构作用以及降雨影响的不平衡推力法计算程序,为评价隧道稳定性提供了定性的参数;基于降雨导致边坡失稳机理,考虑基质吸力变化以及围岩强度遇水弱化的共同作用,利用有限元计算对隧道开挖与降雨综合作用下从属边坡安全性进行分析,得到了降雨影响的浅埋偏压连拱隧道失稳机理。(2)针对连拱隧道衬砌结构以及中墙的设计计算问题,对不同围岩压力计算理论进行对比,改进了考虑地层推力作用的浅埋偏压连拱隧道围岩压力计算方法;依此对连拱隧道的结构-荷载模型进行改进,结合工程实例进行衬砌结构计算,并与地层-结构模型以及监控量测数据进行对比,得到改进的结构-荷载模型的适用性;对连拱隧道中墙偏压受力机制进行分析,并依此对偏压连拱隧道施工工法及施工工序进行优化。(3)针对浅埋偏压连拱隧道施工工法及工序问题,依据奔龙坪隧道工程实例,利用Midas/GTS有限元软件对三导洞施工与无导洞施工、浅埋洞先行与深埋洞先行等施工工法及工序进行比较分析,得到了一种适用于浅埋偏压连拱隧道的施工工法。(4)对数字化隧道管理体系平台建设问题进行探讨,构建了隧道施工过程中多元信息采集系统。利用超前地质预报、监控量测等手段对奔龙坪隧道进行了地质雷达探测、地质编录及开挖验证、隧道拱顶沉降及周边收敛、围岩压力、支护结构内力、钢拱架内力等自动化监测。基于实时监测多源信息,全方位掌握施工动态,为后期数字化隧道管理体系平台建设提供信息共享。
【关键词】：连拱隧道 浅埋偏压 从属边坡 结构计算 施工优化 多元信息监测
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U455.4
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 问题的提出与背景10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 隧道-边坡相互作用机理研究现状11-12
• 1.2.2 降雨诱发边坡失稳机理研究现状12-13
• 1.2.3 偏压连拱隧道力学特性及施工工序研究现状13-14
• 1.2.4 研究中存在的不足14
• 1.3 本文主要研究内容14-18
• 1.3.1 论文研究主要内容14-15
• 1.3.2 依托工程工程概况15-16
• 1.3.3 论文研究技术路线16-18
• 2 浅埋偏压连拱隧道围岩稳定性机理研究18-46
• 2.1 浅埋偏压连拱隧道围岩失稳特性分析18-19
• 2.2 降雨围岩弱化及隧道施工综合作用下围岩稳定性分析19-32
• 2.2.1 基质吸力变化方面20-23
• 2.2.2 围岩遇水弱化机理研究23-25
• 2.2.3 修正的非饱和边坡抗剪强度公式25
• 2.2.4 考虑降雨影响的浅埋偏压连拱隧道围岩稳定性分析25-31
• 2.2.5 考虑降雨影响的浅埋偏压连拱隧道失稳机理31-32
• 2.3 基于边坡不平衡推力法的偏压连拱隧道围岩稳定性分析32-42
• 2.3.1 改进的边坡不平衡推力法理论32-34
• 2.3.2 基于不平衡推力法的连拱隧道侧穿边坡稳定性分析34-42
• 2.4 两种计算方式结果对比42-44
• 2.5 本章小结44-46
• 3 偏压连拱隧道衬砌及中墙结构计算46-70
• 3.1 常用围岩压力计算理论46-49
• 3.1.1 普式理论46-47
• 3.1.2 太沙基理论47-48
• 3.1.3 隧道设计规范推荐方法48-49
• 3.2 基于双塌落拱假定的连拱隧道围岩压力计算49-54
• 3.2.1 深埋连拱隧道围岩压力计算49-50
• 3.2.2 浅埋连拱隧道围岩压力计算50-52
• 3.2.3 偏压连拱隧道围岩压力计算52-53
• 3.2.4 修正的偏压连拱隧道围岩压力计算53-54
• 3.3 浅埋偏压连拱隧道衬砌结构稳定性计算54-62
• 3.3.1 基于地层推力作用的改进结构-荷载模型55-57
• 3.3.2 地层-结构模型57-58
• 3.3.3 两种方案探讨分析58-61
• 3.3.4 监测资料分析及小结61-62
• 3.4 偏压连拱隧道中墙结构优化分析62-68
• 3.4.1 连拱隧道中墙偏压受力机制63-65
• 3.4.2 连拱隧道施工工法优化65-66
• 3.4.3 连拱隧道施工工序优化66-68
• 3.5 本章小结68-70
• 4 浅埋偏压连拱隧道动态施工优化数值模拟研究70-94
• 4.1 模型的建立70-72
• 4.2 方案一开挖支护的动态数值模拟72-78
• 4.2.1 隧道及围岩变形特征分析72-75
• 4.2.2 围岩塑性区分析75-76
• 4.2.3 隧道衬砌及中墙受力分析76-78
• 4.3 方案二开挖支护的动态数值模拟78-83
• 4.3.1 隧道及围岩变形特征分析78-81
• 4.3.2 围岩塑性区分析81-82
• 4.3.3 隧道衬砌及中墙受力分析82-83
• 4.4 方案三开挖支护的动态数值模拟83-88
• 4.4.1 隧道及围岩变形特征分析84-86
• 4.4.2 围岩塑性区分析86-87
• 4.4.3 隧道衬砌及中墙受力分析87-88
• 4.5 三种方案比较优化88-92
• 4.5.1 隧道周边位移分析88-90
• 4.5.2 中墙位移分析90-91
• 4.5.3 地表位移分析91-92
• 4.6 本章小结92-94
• 5 基于多元信息反馈技术的浅埋偏压连拱隧道信息化施工技术94-118
• 5.1 基于多元信息反馈技术的数字化隧道管理体系研究94-100
• 5.1.1 数字化隧道的管理体系平台建设95-96
• 5.1.2 数字化隧道建设期信息采集96-100
• 5.2 奔龙坪隧道综合信息化施工技术100-115
• 5.2.1 超前地质预报分析100-109
• 5.2.2 监控量测数据分析109-115
• 5.3 本章小结115-118
• 6 结论与展望118-120
• 6.1 结论118-119
• 6.2 展望119-120
• 参考文献120-125
• 致谢125-126
• 攻读硕士学位期间发表论文及专利成果126-127
• 附录 论文相关用图表127-129

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