公路隧道二次衬砌合理支护时机研究

发布时间：2020-08-04 06:49

【摘要】：随着我国交通运输事业的发展,基础建设工程也取得了较大的进步,尤其在山岭和公路隧道方面较为突出。由于隧道工程的建设大多都在野外进行,其复杂的地形地貌给工程施工带来较大的难度,特别是对于软弱围岩或地质情况较差的隧道,支护不当容易造成隧道的坍塌失稳,所以明确二次衬砌的合理支护时机对于能够及时反馈隧道围岩与支护结构的受力状态,保证隧道开挖的安全稳定性尤为重要。本文以茶镇隧道工程实例为背景,运用MATLAB软件对茶镇隧道现场监控量测数据进行回归分析,并将其与数值模拟结果进行对比,以此来研究软弱围岩隧道的二次衬砌施做时机,对类似工程具有一定的参考价值。本文主要展开的工作与研究结果如下:(1)查阅国内外关于隧道围岩稳定性和支护结构作用机理的相关资料,并总结了软弱围岩隧道二次衬砌合理支护时机的发展历程,影响因素及判定的标准与方法。(2)本文依据汉中西乡县茶镇隧道,详细介绍了监测的主要项目内容以及测点布置方案,运用MATLAB软件对茶镇隧道监控量测数据进行回归分析,研究不同断面情况下隧道拱顶沉降、洞身收敛、衬砌应力的变化规律,并获得位移回归方程。结果表明三个测量断面总体呈现的趋势为先迅速递增随后逐步减缓直至最终趋于相对稳定。分别依据二衬支护时机的判别方法与原则进行比对分析,确定二衬进场施做的合理时机在开挖至24～26天左右,距离掌子面48～52m。(3)确定计算范围及其边界条件,建立与实际工程相对应的模型,运用MDASGTS对隧道模型进行数值模拟计算,分析隧道拱顶沉降、洞身收敛、衬砌应力的变化规律,并将模拟结果与监控量测数据进行比对分析,结果表明监测数据与计算结果误差在合理范围内,受力分布与茶镇隧道测线布置位置基本相符,计算模型具有可靠性,隧道在开挖至第26天时,可以开始施做二衬。(4)采用添加不同围岩荷载释放系数的方法,选取多种不同工况,研究初次衬砌与二次衬砌在承担不同比例荷载的情况下对隧道拱顶沉降与洞身收敛值、围岩与支护结构的应力变化规律的影响,通过对不同荷载释放系数及二衬分配比例的工况进行分析,确定了荷载释放系数为60%、二衬承担15%荷载比例时为合理的支护时机。
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U455.91
【图文】：

收敛变形

（1）岩体的自身强度较弱，无法承受较大荷载（2）岩体内部有较多裂隙，整体结构较松散破碎（3）岩体赋存环境差1.2 软弱围岩的变形特征和力学机制由于隧道的开挖属于卸载作用，当周边岩土体受扰动后，便会向外释放能量，表围岩向隧道内部产生收敛形变，围岩应力经过二次分布平衡[51]。隧道周边会产生应低的现象，拱顶上部荷载对隧道产生变形挤压并伴随着拱圈部位往下部传递，因此会产生竖直或是水平方向的形变位移。这种变形主要由三部分组成：1）隧道掌子面后方土体朝外方向挤压，掌子面呈现鼓出状态2）掌子面前方土体失去支撑作用，围岩会向内产生位移形变，表现为地表下沉3）随着掌子面的持续推进，其对周边围岩的空间约束作用逐步消失，隧道围岩应放产生变形，主要以拱顶沉降和洞身收敛为主，仰拱处可能发生隆起现象，此时需时进行衬砌的施做，以防止隧道过度变形而导致失稳破坏。如下图 2.1、2.2 所示：

鼓出,掌子面

软弱围岩,蠕变特性,围岩

弱围岩隧道变形机理及二衬合理支护时机判别标形特征，重点涵盖下述几点：形速度快成非常明显的塑性变形，这是软弱围岩最位移一般较长，而且通常情况下表现为初射混凝土脱落、钢架发生扭曲等，在某些速度快具有相对较高的变形速率，并且延续时间。相关研究结果显示，隧道在开挖之后的发生改变，其很大程度上是软弱围岩蠕变，而且能够在较短的时间中恢复稳定；而突出，详情如图 2.3 所示，因此从这个层面十分巨大的影响。

【参考文献】