软弱围岩大断面隧道施工方法研究

发布时间：2017-06-24 03:05

  本文关键词：软弱围岩大断面隧道施工方法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国铁路的大规模建设,大跨度隧道的设计施工技术不断取得突破和发展。铁路隧道中的三线隧道、四线隧道以及单双线隧道分叉段,多由大跨隧道组成。随着“一带一路”的推进,高速铁路的迅速发展,山区高等级公路、铁路隧道的修建会越来越多,由于选线标准、地形地貌等因素的影响,必然会产生许多的大跨隧道,也必然会穿越许多复杂的地层,尤其是断层破碎带等软弱围岩地带。但现有的技术规范中,并没有具体的设计说明,需要我们针对具体的工程做相应的计算和分析,来研究软弱围岩中大跨隧道的施工方法。本文依托成兰铁路在建柿子园隧道,对两种软弱围岩大断面隧道施工方法进行了研究。通过对迂回导坑的正分析,将计算结果与监测结果对比,确定了合理的围岩参数,供大断面隧道计算使用。采用三维数值模拟手段,分别对双侧壁法和双侧墙导坑法进行了数值模拟,对两种施工方法中开挖顺序、如何分部开挖、拆除临时支撑的时机、各部之问掌子面的距离等做了相应优化分析,确定了优化的施工方案。对优化后的两种工法进行施工过程的三维数值模拟,分析了两种工法的受力特点。经过分析和比较,得出了如下结论：(1)通过迂回导坑的数值模拟,提取位移、应力结果与监测结果做对比。确定了计算中围岩采用的参数。(2)对双侧壁法进行了优化,确定了合理的开挖顺序、开挖高度等。计算得出当隧道各部开挖面距离为3.6m时,各塑性区不再贯通。当拆撑处与最后开挖面(仰拱中部开挖面)的距离为9.6m时,位移趋于收敛,即前方施工对其影响较小,可以拆除支撑。(3)对双侧墙导坑法进行了优化,在允许拱部围岩产生一定变形的情况下,两部开挖拱部土体方法较好。确定了当拆撑处与4部开挖面的距离达到13.2m时,位移趋于收敛,即前方施工对其影响较小,可以拆除支撑。(4)拱顶沉降位移结果表明,采用双侧壁法施工,应注意拱部土体开挖时的拱顶沉降,可以采用台阶法分两部开挖拱部土体。若采用双侧墙导坑工法,应注意拆除拱部支撑时的拱顶沉降,在拆除拱部支撑前,建议适当加强拱部初期支护。(5)应力结果表明,两种工法在侧墙、仰拱位置剪应力最大。仰拱中部,双侧壁工法的最大剪应力为3.95 MPa；双侧墙导坑法的最大剪应力为1.16 MPa。双侧墙导坑法中大边墙能有效地承担拱部传来的荷载,对隧道的侧墙及仰拱部位起到了保护作用。对于地质条件复杂、构造应力较大的软岩隧道,特别是侧墙、仰拱部位变形较大的隧道,双侧墙导坑法能较好的改善结构的受力。
【关键词】：软弱围岩 大断面隧道 双侧壁法 双侧墙导坑法 开挖方式
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U455.4
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 绪论12-20
• 1.1 选题背景及研究意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-18
• 1.3 研究内容与思路18-20
• 2 依托工程概况20-34
• 2.1 柿子园隧道概况20-21
• 2.2 小净距段(D3K87+350～D3K87+500段)21-24
• 2.2.1 施工图设计地质情况21
• 2.2.2 现场变更设计地质情况21-24
• 2.3 新增迂回导坑24-26
• 2.3.1 迂回导坑工程概况24
• 2.3.2 开挖揭示地质情况24-26
• 2.4 大跨段(D3K87+110～+500段)26-30
• 2.4.1 地形地貌27
• 2.4.2 地层岩性27-28
• 2.4.3 地质构造28-30
• 2.5 大断面隧道设计30-34
• 2.5.1 大断面隧道的判断标准与特点30-31
• 2.5.2 设计方案优化31
• 2.5.3 大断面隧道的施工方法31-34
• 3 迂回导坑的现场监测和数值模拟34-62
• 3.1 引言34
• 3.2 迂回导坑工程概况34-35
• 3.3 迂回导坑地质条件35-36
• 3.4 围岩和支护的力学参数36-40
• 3.4.1 围岩力学参数36-38
• 3.4.2 支护力学参数38-40
• 3.5 现场监测40-44
• 3.5.1 隧道位移的监测结果40-41
• 3.5.2 支护的应力、应变的监测结果41-44
• 3.6 回导坑有限元数值模拟44-61
• 3.6.1 有限元模型和计算条件45-47
• 3.6.2 隧道位移的计算结果47-50
• 3.6.3 支护应力的计算结果50-59
• 3.6.4 现场监测与有限元数值模拟的比较59-61
• 3.7 本章小结61-62
• 4 双侧壁法研究62-84
• 4.1 工程案例62-63
• 4.2 开挖顺序对隧道的影响63-71
• 4.2.1 有限元模型和计算条件64-68
• 4.2.2 计算结果68-71
• 4.3 开挖高度对隧道的影响71-76
• 4.3.1 有限元模型和计算条件71-72
• 4.3.2 计算结果72-76
• 4.4 开挖面距离的确定76-78
• 4.5 拆除内部支撑时机的确定78-81
• 4.5.1 有限元模型和计算条件78-79
• 4.5.2 计算结果79-81
• 4.6 本章小结81-84
• 5 双侧墙导坑法研究84-100
• 5.1 工程案例84-86
• 5.2 上部开挖方式比较86-95
• 5.2.1 有限元模型和计算条件86-91
• 5.2.2 计算结果91-95
• 5.3 拆除拱部临时支撑时机的确定95-99
• 5.3.1 有限元模型和计算条件95-96
• 5.3.2 计算结果96-99
• 5.4 本章小结99-100
• 6 两种工法的比较100-124
• 6.1 侧壁法三维模拟100-105
• 6.1.1 有限元模型和计算条件100-102
• 6.1.2 计算结果102-105
• 6.2 双侧墙导坑法三维模拟105-110
• 6.2.1 有限元模型和计算条件106-107
• 6.2.2 计算结果107-110
• 6.3 两种工法计算结果的比较110-122
• 6.3.1 9.6m断面处结果的比较111-116
• 6.3.2 20.4m断面处结果的比较116-122
• 6.4 本章小结122-124
• 7 结论与展望124-126
• 7.1 结论124-125
• 7.2 展望125-126
• 参考文献126-130
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果130-134
• 学位论文数据集134

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  本文关键词：软弱围岩大断面隧道施工方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

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