小净距隧道松动圈计算方法及空间效应研究

发布时间：2020-04-21 19:37

【摘要】：近年来,随着我国经济水平的不断提高,人们对于道路通行的要求也越来越高,为了确保公路的通行顺畅,对于隧道公路的运输量的期望逐渐变大。在某些中心区域,普通的双向四车道隧道已然无法符合当前行车要求。通行能力最经济直接的方法即对既有公路隧道实行扩挖,从而形成新的小净距隧道。本文在复变函数理论和岩石力学原理的指导下,以大帽山、荆西隧道为依托,分别利用统一强度理论和折线法对小净距隧道进行求解,确定了小净距隧道的塑性区、松动圈半径,并分析了中间主应力、内摩擦角以及黏聚力等因素对塑性区半径、松动圈厚度的影响;同时对大帽山监测数据进行深入挖掘,分析了CD法扩挖时隧道空间约束和掘进距离之间的关系;最后将理论结果同荆西隧道地质雷达检测松动圈结果以及Abaqus三维数值模拟结果对比验证其正确性,对于小净距隧道的施工提供解析计算支持。取得了以下主要结论:1.将小净距隧道中岩柱塑性区不重叠的极限塑性区半径定义为塑性区贯穿半径,考虑中间主应力的影响,采用统一强度准则和Schwarz交替法,对小净距隧道的弹塑性状态进行分析,推导出小净距隧道塑性区半径的解析表达式。通过算例,分析了中间主应力、内摩擦角和黏聚力对理论解的影响。2.应用经典塑性力学理论确定的小净距距隧道围岩松动圈存在一些问题,这影响小净距隧道支护设计的合理性。采用塑性折线法和Schwarz交替法,推导出小净距隧道围岩松动圈半径的精确解。进行了各向同性均质地层中小净距隧道松动圈半径、内摩擦角与围岩质量水平方面的研究,并将理论结果同地质雷达检测松动圈结果进行对比,两者较为吻合。3.基于大帽山小净距隧道扩挖的监测数据,对小净距隧道扩挖掌子面空间变形和掘进距离的关系展开了研究,并将所得拟合曲线同3类LDC曲线作对比,分析了相邻导坑对扩挖隧道的影响。4.为了探究突水突泥隧道围岩松动圈变化特征,以三明荆西隧道为工程背景,采用地质雷达进行现场实测,获得了荆西隧道典型区段两种主要岩性断面松动圈图像,发现突水突泥灾害部位所对应围岩松动圈较无灾害部位明显扩大,受到周围迂回导坑影响,围岩松动圈最大处由右侧拱肩向拱腰处转移。5.基于ABAQUS三维数值模拟软件对小净距隧道扩挖过程进行研究,分析原位扩挖隧道施工引起的围岩力学特性,判定松动圈的大小,分析开挖步骤对围岩纵向变形曲线、地表沉降的影响。
【图文】：

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图 1.1 白云隧道塌方事故图 1.2 天马山隧道塌方事故1.2 研究背景大帽山隧道地处沈海高速公路泉州至厦门标段[ 1 ]。其设计的扩挖形式为将左洞扩挖为单向 4车道，在左、右隧道中间新建一个单向 4车道隧道，最后对左侧既有隧道进行扩挖，使得左侧隧道重心轴线向左移动 3.14m,3个不同隧道之间的平面布置图见下图 1.3 所示。

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图 1.2 天马山隧道塌方事故1.2 研究背景大帽山隧道地处沈海高速公路泉州至厦门标段[ 1 ]。其设计的扩挖形式为将左洞扩挖为单向 4车道，在左、右隧道中间新建一个单向 4车道隧道，最后对左侧既有隧道进行扩挖，使得左侧隧道重心轴线向左移动 3.14m,3个不同隧道之间的平面布置图见下图 1.3 所示。
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U452

【参考文献】