软弱围岩隧道工程力学机理及施工技术研究

发布时间：2021-04-19 19:17

　　随着我国高铁建设的发展,长大隧道的规模逐渐增大,需求逐渐增多。而在长大隧道施工过程中,由于隧道的埋深较深、穿过山体的长度较长而带来的工程问题也逐渐显露,亟待解决,尤其对于软弱围岩隧道。由于软弱围岩稳定性差、承载能力弱、易产生大变形等问题给软弱围岩隧道的施工带来了极大的困难。本文针对堡镇隧道分析软弱围岩隧道的破坏机理;在确定该隧道的屈服准则以及工程参数的基础上,建立二、三维有限元分析模型。从围岩地层的初始平衡状态到对隧道开挖完成之后,分别从围岩的变形和应力、支护的变形和应力分布等角度进行对比分析。本文以宜万铁路堡镇隧道软弱围岩段为工程背景,采用大型有限元软件ANSYS建立三台阶、CD、CRD有限元模型,针对洞周的位移、支护变形、应力场分布等进行研究分析。计算结果表明:台阶长度、高度以及循环进尺是影响施工安全性的重要因素。最终通过对比分析可知:对于堡镇隧道,台阶法参数的优化结果是开挖进尺采用1 m,台阶高度为上台阶高度3.5 m,中台阶高度3 m,台阶长度为上台阶长度9 m,中台阶长度9 m时最为合理,该结果可以为同堡镇隧道类似的工程提供一定的参考。其次,针对初期支护在软弱围岩隧道施工中起... 

【文章来源】：石家庄铁道大学河北省

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究意义
    1.2 软弱围岩隧道的变形机理研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
        1.2.3 软弱围岩隧道施工现状
    1.3 本文主要研究内容和研究方法
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 研究方法
第二章 宜万铁路堡镇岭隧道工程概况
    2.1 堡镇隧道工程概况
    2.2 工程水文地质
    2.3 环境评价
        2.3.1 地质评价
        2.3.2 水土性质评价
    2.4 软弱围岩隧道特点
        2.4.1 软弱围岩主要工程地质特点
        2.4.2 软弱围岩的变形与破坏特性
    2.5 隧道施工开挖方法简介
    2.6 本章小结
第三章 堡镇隧道软弱围岩施工数值模拟分析
    3.1 概述
    3.2 有限元分析步骤图
        3.2.1 有限元计算分析过程
        3.2.2 ANSYS计算原理
    3.3 隧道设计参数
        3.3.1 计算采用的材料屈服准则
        3.3.2 建立三维开挖模型
    3.4 软弱围岩隧道不同开挖工法有限元数值模拟
        3.4.1 软弱围岩隧道开挖原则及开挖方案
        3.4.2 建立不同开挖方法的有限元模型
    3.5 软弱围岩浅埋隧道施工变形分析
        3.5.1 三台阶法开挖支护的数值模拟分析
        3.5.2 CD法开挖支护的数值模拟分析
        3.5.3 CRD法开挖支护的数值模拟分析
    3.6 计算结果分析
        3.6.1 计算结果
        3.6.2 结果分析
    3.7 本章小结
第四章 三台阶法开挖软弱围岩隧道施工参数优化分析
    4.1 引言
    4.2 循环进尺长度对计算结果的影响
        4.2.1 计算模型
        4.2.2 各工况控制断面拱顶沉降变化
        4.2.3 各工况控制断面水平收敛变化
        4.2.4 各工况控制断面支护应力变化
    4.3 台阶高度对计算结果的影响
        4.3.1 计算模型
        4.3.2 各工况控制断面拱顶沉降变化
        4.3.3 各工况控制断面水平收敛变化
        4.3.4 各工况控制断面塑性区的变化
        4.3.5 台阶高度优化结果
    4.4 锚固区的施加对软弱围岩隧道的影响分析
        4.4.1 无锚固区计算结果
        4.4.2 无锚固区地表沉降结果
        4.4.3 锚固区对地表沉降的影响效果
        4.4.4 超前支护对地表沉降的影响效果
    4.5 本章小结
第五章 堡镇软弱围岩隧道施工技术探究
    5.1 堡镇隧道施工方案优化
        5.1.1 优化工区划分
        5.1.2 开挖支护施工方案的优化
        5.1.3 控制掌子面先行位移技术
        5.1.4 控制拱脚下沉技术
        5.1.5 控制地表下沉技术
第六章 结论
参考文献
致谢
个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3148147