隧道逃生用波纹钢管力学性能分析及应用研究

发布时间：2017-08-28 10:38

  本文关键词：隧道逃生用波纹钢管力学性能分析及应用研究

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【摘要】：大断面隧道主要是指隧道开挖面积在100~140m2,因为隧道在开挖过程中跨度较大,形状偏于扁平,在施工过程中表现出独有的力学特点,主要表现是隧道在开挖过程中应力集中程度大,是普通隧道的1.5~2倍[1],由于开挖跨度大,拱顶在施工过程中围岩发生扰动,容易造成隧道“关门”塌方事故。目前我国的隧道施工主要采用人工钻爆法作业,此作业方法发生塌方危险性较高,如何在隧道施工过程中确保施工作业人员生命安全,本文主要通过以下几点进行论述。(1)从隧道施工情况上来看,隧道塌方仍然是阻碍隧道安全施工的重要影响因素,隧道施工塌方是公路、铁路、城市地铁工程建设的重大风险之一,由此引发的重特大伤亡事故屡见报端。随着交通基础设施建设规模的加大,此类事故发生的频率逐年增加,隧道塌方风险威胁越发严重,据不完全统计,关门塌方约占1/3以上。根据国家有关部门下发《隧道施工安全九条规定》的要求,隧道施工必须设置逃生通道,当前我国部分施工现场采用直径为0.8m厚度为6~10mm的圆管作为逃生管道,由于在实际使用过程中存在诸多弊端,本文主要介绍使用波纹钢管作为逃生管道的力学性能及推广应用研究,希望能够完善我国的隧道逃生管道施工技术,为隧道施工提供安全保障。(2)本文通过对波纹钢管做动态冲击模拟以及静态有限元对比分析,收集国内外有关岩石冲击压力研究。根据Hertz接触力学理论,考虑钢材结构的弹塑性特性,推导材料塑性的接触压力计算公式。(3)根据目前国内采用隧道逃生管道使用情况,结合隧道逃生圆管在隧道施工过程中的经验及实践,分析总结出适合我国隧道逃生使用波纹钢管的施工工艺,并且编写了相应的施工指南。
【关键词】：大断面隧道 逃生波纹钢管 围岩 动态冲击模拟 接触压力
【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】：U453.8
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 选题背景及意义10-12
• 1.1.1 我国隧道发展情况10
• 1.1.2 隧道塌方成为隧道施工中威胁人员、设备安全的主要因素10-11
• 1.1.3 隧道关门塌方的逃生方法及面临的问题11-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.2.1 国外研究现状12-13
• 1.2.2 国内研究现状及发展动态13-15
• 1.3 研究目的意义及实用价值15
• 1.4 主要研究内容与方法15-18
• 1.4.1 主要研究内容15
• 1.4.2 主要研究的方法及技术路线15-18
• 第二章 大断面隧道塌方波纹钢管使用研究18-26
• 2.1 大断面隧道塌方研究背景18
• 2.2 隧道“关门”塌方成因18-21
• 2.3 隧道塌方机理及过程21-23
• 2.3.1 隧道塌方机理21-22
• 2.3.2 隧道塌方的过程22-23
• 2.4 波纹钢管使用位置布设23-24
• 2.4.1 我国隧道逃生管道选择23-24
• 2.4.2 隧道逃生管道布设位置24
• 2.5 本章小结24-26
• 第三章 隧道逃生波纹钢管动态有限元模拟分析26-67
• 3.1 动态有限元理论26-27
• 3.2 有限元模拟分析27-32
• 3.2.1 创建模型27-28
• 3.2.2 单元类型及参数选取28-30
• 3.2.3 网格划分30
• 3.2.4 边界条件30-31
• 3.2.5 基本假定31-32
• 3.2.6 荷载条件32
• 3.2.7 有限元方法的耦合应用32
• 3.3 动态有限元模型分析结果32-57
• 3.3.1 不同厚度有垫层波纹钢管撞击有限元分析32-40
• 3.3.2 不同厚度梁架空模型波纹钢管撞击有限元分析40-46
• 3.3.3 不同厚度有垫层圆管撞击有限元分析46-51
• 3.3.4 不同厚度梁架空模型圆管撞击有限元分析51-57
• 3.4 不同工况条件下逃生管道有限元模拟对比分析57-65
• 3.4.1 有限元动态模拟结果对比分析58-60
• 3.4.2 有限元动静态模拟结果对比分析60-65
• 3.5 本章小结65-67
• 第四章 大断面隧道塌方逃生管道落石冲击力计算67-80
• 4.1 冲击力计算模型以及公式研究67-69
• 4.1.1 冲量-动量模型67
• 4.1.2 落石冲击力计算公式研究67-69
• 4.2 Hertz接触力学69-70
• 4.3 Hertz接触应力的弹塑性修正70-71
• 4.4 落石对逃生管道的非弹性冲击71-74
• 4.5 算例及分析74-76
• 4.6 理论计算结果与仿真结果对比分析76-79
• 4.7 本章小结79-80
• 第五章 波纹钢管逃生管道施工技术指南80-84
• 5.1 隧道逃生管道选择80-81
• 5.2 材料与设备81
• 5.2.1 材料81
• 5.2.2 设备81
• 5.3 施工工艺81-82
• 5.3.1 施工工艺流程81-82
• 5.4 施工关键技术及要求82-83
• 5.4.1 施工控制技术82
• 5.4.2 施工准备82-83
• 5.5 隧道逃生管道的安装原则83
• 5.6 本章小结83-84
• 第六章 主要结论与展望84-86
• 6.1 主要结论84
• 6.2 展望84-86
• 致谢86-87
• 参考文献87-90
• 硕士阶段发表的论文以及学术成果90

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本文编号：747645