基于RMR围岩分级的公路隧道支护设计及优化研究

发布时间：2017-07-15 21:19

  本文关键词：基于RMR围岩分级的公路隧道支护设计及优化研究

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【摘要】：作为隧道大国,我国建成了各种复杂条件下的公路隧道,隧道建设经验丰富,却没有形成具有创造性的建造工法和完善的隧道设计理论,距离隧道强国目标的达成还需努力。本文以在建的东欧黑山共和国南北高速公路为载体,按照新奥法的隧道建造理念,基于RMR围岩分级方法进行Mrke隧道的支护结构设计优化研究。通过对比国内与东欧地区隧道设计之间的异同,为中国企业走出国门进行隧道设计与建造提供参考,同时也可进一步丰富我国公路隧道的设计方法。基于此,本文所做工作和获得成果如下。(1)通过对比分析国际上在隧道设计中使用较为广泛的的RMR, Q以及国内常用的BQ法三种围岩分级方法,根据前人研究结果和统计数据,利用非线性拟合以及各围岩物理力学参数与[BQ]和RMR之间的转换关系,得到[BQ]和RMR之间以及[BQ]和Q之间的对应关系,对比了三种围岩分级方法,为隧道设计提供基础依据。(2)分析了公路隧道支护结构设计的基本原理,揭示不同等级围岩中分步开挖、初期支护、二次衬砌的作用机理；使用Midas GTS有限元分析软件对初步设计方案的初期支护结构进行计算分析,重点分析了初期支护中的喷射混凝土、锚杆以及钢支撑的结构受力特性；使用Midas Civil结构计算软件对初步设计中二次衬砌进行结构计算,分析二衬的受力特性及结构的合理性；使用Unwedge软件针对三维楔形体稳定性进行了计算分析,提出了一套合理的隧道监控量测方案。(3)计算发现初步设计初期支护结构喷射混凝土的厚度设置合理,采用长锚杆、弱钢架的组合形式,长锚杆的施工便捷性差,现场不易达到理想的支护效果,在围岩破碎段也采用刚度较差的格栅钢架,施工安全性无法保证,对施工进度、工程造价等方面也会带来不必要的损失。二次衬砌结构设置合理,无需优化。针对系统锚杆的长度和钢拱架的型式进一步优化设计,得到长短锚杆相结合、强钢架的支护组合,通过计算发现优化后的支护结构支护效果好,同时在施工便捷性、经济节约等方面均有优势。在围岩质量较好的段落,关键块体对隧道支护结构的安全性具有较大影响,初步设计和优化设计的锚杆长度均可完全穿透潜在的楔形块,得到的安全系数没有发生变化,可见长锚杆对增加楔形体稳定性没有实质意义。
【关键词】：公路隧道 围岩分级 支护设计 优化分析
【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】：U455.7
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 引言11-13
• 1.2 选题背景及研究意义13-14
• 1.3 国内外研究现状14-18
• 1.4 研究内容及技术路线18-21
• 1.4.1 研究内容18-19
• 1.4.2 技术路线19-21
• 2 隧道围岩分级及相互关系研究21-39
• 2.1 黑山Mrke隧道工程概况21-25
• 2.2 国内外围岩分级体系的应用25-36
• 2.2.1 围岩分级指标研究25-28
• 2.2.2 三种围岩分级体系及其相互关系28-36
• 2.3 Mrke隧道RMR围岩分级研究36-38
• 2.4 小结38-39
• 3 Mrke隧道支护设计39-71
• 3.1 基于新奥法及RMR分级的隧道支护设计39-44
• 3.2 Mrke隧道初步设计方案合理性分析44-70
• 3.2.1 初期支护数值计算分析45-56
• 3.2.2 二次衬砌数值计算56-61
• 3.2.3 Unwedge三维楔形体稳定性计算61-70
• 3.3 小结70-71
• 4 Mrke隧道支护系统的优化研究71-91
• 4.1 隧道支护结构作用分析71-73
• 4.2 隧道支护系统参数优化73-88
• 4.2.1 初期支护数值计算分析76-85
• 4.2.2 Unwedge三维楔形体稳定性计算85-88
• 4.3 优化支护的对比分析88-90
• 4.4 小结90-91
• 5 结论91-93
• 5.1 主要研究成果91-92
• 5.2 进一步研究的意义与应用价值92-93
• 参考文献93-97
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果97-101
• 学位论文数据集101

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本文编号：545808