中梁山原位扩建隧道施工力学行为研究

发布时间：2017-07-19 20:27

  本文关键词：中梁山原位扩建隧道施工力学行为研究

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【摘要】：进入21世纪以来,我国交通建设事业迅猛发展,高速公路建设尤为显著,建设规模不断扩大。在一些人口稠密的大中型城市里或者车流量巨大的高速公路上,隧道的运输能力已成为制约交通的瓶颈。面对越来越严峻的交通运输问题,对既有隧道进行改扩建以满足交通运输的需求,已经逐渐成为隧道工程领域的研究热点。本文围绕成渝高速重庆中梁山隧道的改扩建工程展开,以原位两车道扩挖成四车道的隧道为背景,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,重点研究了隧道改扩建工程中的扩建型式,隧道原位扩建的开挖方法,施工过程中围岩和支护结构的力学响应,隧道原位扩建的合理爆破方式等几个方面。主要研究内容和成果如下:简要介绍了近接施工的基本原理,给出了针对普通分离式双洞四车道隧道扩建成八车道的六种扩建型式,并结合本工程实际,比选出了本工程合适的扩建方案:将既有隧道左线原位扩建成四车道隧道,并在既有隧道右线外侧增设一个两车道隧道。为选择隧道原位扩建的合理开挖方法,对依托工程在不同施工方法、不同开挖顺序、不同开挖高度下围岩和支护结构的受力和变形规律等进行了研究,研究结果表明:采用台阶法施工、竖向开挖、首导扩挖高度为0.6H时,隧道围岩和支护结构受力状态最佳,故此种方法是最适合中梁山原位扩建隧道的开挖方法。根据选取的合理开挖方法,模拟了隧道的三维施工,分析了隧道施工过程中围岩和支护结构的受力和变形规律以及隧道扩挖对临近既有隧道的影响,分析结果表明:隧道开挖引起的隧道左侧各测点的位移明显大于右侧各测点的位移,整个隧道表现出了明显的偏压状态;隧道左右拱脚和左右拱腰附近围岩危险系数为1,即此位置围岩已经屈服,施工时应当重视;隧道扩挖使既有隧道产生的位移、应力增量均未超过其最不利阀值,隧道扩挖对既有隧道影响不大。通过动力分析有限元软件对隧道扩挖的两种爆破方式进行了模拟,分析了爆破振速和应力的传播和衰减规律,探讨和对比了两种爆破方式的优缺点,得出了先对既有隧道进行临时加固,再采取方案二即将围岩和衬砌一次爆破成型的方式是最适合本工程的爆破方式的结论。
【关键词】：原位扩建 近接施工 开挖方法 施工力学 爆破方式
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U455.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究的背景和意义10-12
• 1.1.1 研究背景10-11
• 1.1.2 研究意义11-12
• 1.2 隧道原位扩建国内外研究现状12-16
• 1.2.1 国外研究现状12-14
• 1.2.2 国内研究现状14-16
• 1.3 研究的主要内容和方法16-18
• 1.3.1 研究内容16
• 1.3.2 研究方法16-18
• 第二章 隧道扩建方案研究18-28
• 2.1 工程概况18-21
• 2.1.1 工程简介18
• 2.1.2 自然地理18
• 2.1.3 地形地质情况18-19
• 2.1.4 水文气象和水文地质19-20
• 2.1.5 地震20-21
• 2.1.6 不良地质现象21
• 2.2 近接隧道施工的基本原理21-23
• 2.2.1 近接隧道施工影响因素21-22
• 2.2.2 近接隧道施工影响分区分度准则22
• 2.2.3 近接隧道施工影响分区标准22-23
• 2.3 依托隧道扩建型式比选23-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 原位扩建隧道开挖方法研究28-56
• 3.1 引言28
• 3.2 弹塑性力学理论及有限单元法28-35
• 3.2.1 弹塑性力学基本理论28-29
• 3.2.2 屈服准则和屈服接近度29-32
• 3.2.3 有限单元法及分析过程32-35
• 3.2.4 ANSYS有限元软件简介35
• 3.3 原位扩建隧道施工方法比选35-45
• 3.3.1 施工方法的选取35-36
• 3.3.2 计算参数的选取36-37
• 3.3.3 计算模型的建立37-38
• 3.3.4 计算结果分析38-45
• 3.4 原位扩建隧道开挖方式研究45-55
• 3.4.1 不同开挖方式的模拟及模型的建立45-46
• 3.4.2 计算结果分析46-55
• 3.5 本章小结55-56
• 第四章 原位扩建隧道三维动态施工力学效应研究56-76
• 4.1 引言56
• 4.2 原位扩建隧道有限元模型56-59
• 4.2.1 计算模型的建立56-57
• 4.2.2 施工过程的模拟57-58
• 4.2.3 研究目标面及关键点58-59
• 4.3 计算结果分析59-74
• 4.3.1 地表沉降分析59-61
• 4.3.2 隧道变形分析61-64
• 4.3.3 围岩受力分析64-66
• 4.3.4 初次衬砌受力分析66-69
• 4.3.5 临时中支撑受力分析69-70
• 4.3.6 对既有隧道影响研究70-74
• 4.4 本章小结74-76
• 第五章 原位扩建隧道合理爆破方式探讨76-104
• 5.1 引言76
• 5.2 爆破方案设计76-82
• 5.2.1 钻爆设计原则76-77
• 5.2.2 爆破安全控制标准77-78
• 5.2.3 爆破参数选取78-79
• 5.2.4 隧道扩挖的两种爆破方案79-82
• 5.3 爆破有限元模拟82-86
• 5.3.1 LS-DYNA软件简介82
• 5.3.2 爆炸模拟算法82-83
• 5.3.3 材料模型选取83-85
• 5.3.4 计算模型的建立85-86
• 5.4 计算结果分析86-103
• 5.4.1 振速分析86-96
• 5.4.2 应力分析96-102
• 5.4.3 合理爆破方式选取102-103
• 5.5 本章小结103-104
• 第六章 结论与展望104-106
• 6.1 结论104
• 6.2 展望104-106
• 致谢106-107
• 参考文献107-110
• 攻读学位期间取得的研究成果110

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本文编号：564774