石膏岩地层膨胀作用对隧道衬砌结构的影响研究

发布时间：2020-11-17 21:55

　　 石膏岩体是一种对水敏感性强的岩体,会与水发生反应产生膨胀作用,进而影响二衬结构的受力与变形,危害隧道的建设与运营。基于此,本文依托礼让隧道工程,分析了石膏岩体的内部膨胀机理作用,模拟研究了石膏地层的膨胀作用对隧道二衬结构的影响,得到了一些结论,旨在对类似的施工设计提出建议,指导施工。本文以礼让隧道为工程背景,介绍了石膏岩层的具体施工修建工程技术应用,确定了膨胀围岩的分级,指明了在关键部位下发生病害的处理措施。并且从石膏的内部提出了石膏膨胀作用机制,从源头上提出了石膏岩的膨胀原因与影响膨胀作用的因素。接着,本文建立了平面弹塑性模型,在基于假定的基础上,提出了一些结论,如下:(1)膨胀作用对二衬的拱顶与拱底都会产生影响,增加拱顶的下沉值与拱底的隆起值,但是在隧道底部设置仰拱,会减少底鼓位移值的大小,因而在膨胀岩中修建隧道,设置仰拱会改善底鼓现象。(2)设计断面的拱脚处有等效应力最大值且分布有等效应力最大值区,说明了石膏膨胀性岩层的危险区域在两侧拱脚处。因此断面的设计应保证拱脚处的链接平顺,且对拱脚要进行二次衬砌的加强设计,确保拱脚处的安全。(3)对于隧道建筑限界基本相同的深仰拱断面与一般仰拱隧道设计断面来说,在石膏的膨胀作用前后,深仰拱断面在二衬受力(包括主应力、轴力、弯矩)、仰拱隆起值、拱顶沉降值、围岩等效应力、塑性区等方面表现较好。且在石膏膨胀作用后,深仰拱断面的位移增加值较小,受力分布均匀,使二衬与周边围岩的受力更加合理。但是其开挖量较大,因此结合实际石膏岩工程应用,提出了既能保证工程安全又能节约成本的合适隧道断面。(4)在膨胀作用一定的情况下,锚杆支护的长度越长,二衬与周围围岩的共同变形所产生的位移值、应变值越小。但并不是说越长越好,锚杆太长除造成材料与经济浪费外,所起到的效果并不大。因此,应确定合理的锚杆长度。
【学位单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U455.91
【部分图文】：

第四章 石膏岩膨胀作用对隧道结构的影响分析与非膨胀性岩层相比，石膏膨胀性岩地层在二衬结构设计方面有特殊的结构方式，可以保证结构物更加受力合理与安全稳定，这种特殊点就在于对二衬结构的设计优化。本章重点讨论二次衬砌的断面形式、膨胀作用大小及锚杆的长度方面进行优化分析。4.1 考虑膨胀作用的隧道断面研究隧道断面设计是一项最基本的设计工作，它要求在满足建筑限界的基础上，可以适当的小一些，可以使后期的隧道施工减少开挖量，节约成本。因此，本节考虑在膨胀作用下研究隧道的断面形式，在保证安全与经济合理的情况下，选出合理的隧道断面形式。本节探讨了在满足隧道净空及上部断面面积相同的条件下，隧道断面形式分别为无仰拱的断面形式（PlanA）、有一定拱率仰拱的断面形式（Plan B）、深仰拱形式的断面形式（Plan C）的研究。如图 4-1：

隧道断面的整体计算模型

二衬 C30 31 0.2 254.1.4 膨胀前的隧道断面分析4.1.4.1 二衬结构应力现在来看一下不同断面形式在相同的地质条件、相同的材料、相同的施工方法上，其二衬的内部应力情况。如下图 4-3 到图 4-8：图 4-3 PlanA 主应力 σ1分布图
【参考文献】

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本文编号：2887962