考虑空间效应土质隧洞的掘进施工及衬砌设计有限元应用研究

发布时间：2020-11-18 02:06

　　 目前,在隧洞及地下工程建设方面,中国的技术水平己走在世界前列,所建工程规模、数量、地质条件及其结构形式都面临着前所未有的挑战,对于岩质隧洞的设计以及施工方法已经有了较成熟的理论,而土质隧洞,无论是工程数量还是科研研究尚没有形成一套系统的、完整的体系,在设计和施工中可供借鉴的资料和经验有限。本文针对土质隧洞塑性变形破坏问题,选取湖北省鄂北地区水资源配置工程中纪洪隧洞土洞段为研究对象,利用有限元分析软件,考虑隧洞开挖面附近隧洞的空间效应,充分利用开挖面的虚拟支撑作用,采用“广义虚拟应力法”的原理,对隧洞开挖过程进行模拟,研究了隧洞围岩变形与荷载释放率的规律、施工喷锚支护的内力分配比例;并通过对土质隧洞深浅埋规律总结分析,采用现有相关规范中适合本工程土质隧洞的计算依据,确定隧洞深浅埋的变化规律,选用隧洞最不利断面及相关规范中二次衬砌承担荷载比例,对围岩的承载能力进行计算分析。主要得出以下结论:(1)隧洞围岩荷载释放率与变形的关系:随着开挖荷载释放率的提高,围岩位移变化逐渐减小;在开挖荷载刚开始释放的时候位移增量最大,荷载释放率达到一定程度时位移增量基本不变,围岩位移稳定增大。(2)隧洞支护结构不同组成结构由于其刚度不同,承担的内力也不同,纪洪隧洞土洞段喷砼与钢拱架的弯矩、剪力承担比例为1.04:1,轴力承担比例为1:1.73。(3)隧洞的围岩压力因隧洞深浅埋的变化有所不同,浅埋洞室围岩压力,随着隧洞埋深的增大而增大,深埋隧洞的围岩压力与隧洞的埋深无关,也即围岩压力不随隧洞的埋深变化。(4)《公路隧道规范》中规定Ⅴ类围岩的二次衬砌的荷载分担比例为60%~80%,纪洪隧洞土洞段采取70%,通过对隧洞的有限元分析,70%的荷载承担满足实际工程要求。
【学位单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TV554
【部分图文】：

华北水利水电大学硕士学位论文 浆压力及注浆量根据现场试验确定。 表 3-2 支护衬砌材料物理力学参数表Table 3-2 Physical and mechanical parameters of supporting lining materials备注 材料间距（m）弹性模量（KPa）泊松比 抗压系数 D抗弯系数KI18 钢拱架 0.50 2.000E+08 0.25 1034666.67 10715.73 C30，70%强度，厚度 25cm 每米喷射混凝土0.00 1.680E+07 0.15 2148337.60 11189.26 隧洞衬砌选用马蹄形断面，支护衬砌结构如图 3-1：

（b） 图 3-2 隧洞开挖空间效应 Figure 3-2 Spatial Effect of Tunnel Excavation 开挖过程中及开挖之后产生的开挖空间效应，实际上是围岩自身的一隧洞开挖横纵断面的表现不同，在隧洞横断面上表现为“环形”约束“半圆穹”约束。隧洞开挖后自身产生的这种支护作用，确保了隧洞支护的措施下隧洞开挖面附近一定范围内围岩的稳定性。 断面上表现为“环形”的自身支护，如图（3-3）a 所示，也即我们通”。最初，人们对围岩的“拱效应”认识具有局限性，认为其主要发面顶部。随着施工经验的积累的不断积累，人们逐渐认识到“拱作用开挖横断面的顶部，而是由隧洞顶部、侧壁和底部围岩形成的一个完断面上形成的闭合的拱形结构支护，实际上就是一个厚度比开挖隧洞大岩石环，它具有能够承受极大的荷载的特点，它的这种承受荷载的洞围岩自身的强度以及围岩自身的稳定性。对于开挖的隧洞来说，这

（a）横向空间效应 （b）纵向空间效应 (a) Lateral spatial effect (b) Longitudinal space effect 图 3-3 隧洞空间效应示意图 Figure 3-3 Schematic diagram of tunnel space effect 围岩纵断面表现为“半圆穹”约束的自身支护作用，主要在开挖纵断面靠近掌近产生，如图（3-3）b。在隧洞开挖过程中，隧洞纵断面的“半圆穹”约束可以挖掌子面的一种临时支撑 (即“虚拟”支撑力)。隧洞的这种临时支护的存在需要条件，首先，确保开挖掌子面的存在，其次，在开挖掌子面的有效支撑范围内。开挖贯通之后，亦或在远离开挖掌子面的位置，这种临时支护作用因为失去存在而不存在。 尽管围岩的纵向支护作用是带有临时支护性质的，但这种临时支护在隧洞开挖的作用却是我们不能轻视的，它不但给予在隧洞开挖掌子面附近施工的工作人员安全感，而且，在一定的范围内，控制了因开挖造成的围岩变形和确保了围岩的。隧洞围岩在横断面与纵断面上的这两种支护作用统称之为“空间效应”，其空效应可视为对洞周的“虚拟”支撑力作用，对于开挖面的空间效应表示以及衡量
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 彭勇刚;曹必正;;工程隧洞断面测绘的一种改进方法[J];西北水电;2006年02期

2 林益才;;挪威的水电建设[J];河海大学科技情报;1987年03期

3 陈耀忠,董槐三;新王庄隧洞糙率的研究[J];水力发电;1989年05期

4 陈松;;巧用AutoCAD绘制隧洞断面图简介[J];今日科苑;2009年10期

5 王布云;;浅析利用AutoCAD绘制隧洞断面图[J];广东水利水电;2009年08期

6 邹艳红;;电站施工中有压引水隧洞断面推求方法[J];水利天地;2007年05期

7 马千里;;小断面隧洞爆破控制[J];建筑技术开发;2017年23期

8 李文瑞;;水利工程中隧洞塌方的防治处理措施解析[J];农业科技与信息;2016年31期

9 苏斌;张庭凯;李飞;张智慧;;小断面隧洞的塌方处理[J];珠江现代建设;2008年04期

10 王斐祺;;工程隧洞断面测绘的改进方法研究[J];低碳世界;2016年22期

相关硕士学位论文 前6条

1 刘晓盼;考虑空间效应土质隧洞的掘进施工及衬砌设计有限元应用研究[D];华北水利水电大学;2018年

2 樊志威;引汉济渭秦岭隧洞岭北TBM段围岩工程地质环境研究[D];西安理工大学;2018年

3 唐胜兰;考虑应变强化与扩容效应的深埋软岩隧洞时效变形解析理论研究[D];华侨大学;2017年

4 费璟昊;隧洞断面数字图像处理方法研究及软件开发[D];大连理工大学;2001年

5 徐真;深埋双非圆孔隧洞应力解析解[D];华北电力大学(北京);2017年

6 江晓洲;水工隧洞围岩渗流场和应力场数值模拟与分析[D];西安理工大学;2017年

本文编号：2888209