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偏压软弱围岩大断面隧道施工变形控制及稳定性分析
| 论文题名： | 偏压软弱围岩大断面隧道施工变形控制及稳定性分析 |
| 关键词： | 偏压软弱围岩;隧道施工;变形控制;稳定性 |
| 摘要： | 近年来,随着山岭交通隧道的大量修建,偏压软弱围岩隧道的施工变形控制及其稳定性问题已成为隧道工程研究的重点。论文以在建沪昆客运专线刘家庄隧道为背景,采用有限元软件ABAQUS对偏压软弱围岩大断面隧道的施工过程进行数值模拟,通过三种不同开挖方案的优化分析,得到了围岩和支护结构的应力应变规律,结合现场监控量测资料,应用灰色控制方程对隧道围岩的稳定性进行评判,提出了相应施工变形控制措施。论文的主要研究内容为: (1)运用ABAQUS模拟隧道开挖过程,发现初次衬砌的拱脚处产生了应力集中,上半断面底部发生了显著的挤出变形,在拱顶上方出现了应力释放区;当下台阶开挖支护后,在边墙和拱脚处出现应力集中,在底部出现了应力释放区,而在拱顶未发生显著变化。整个隧道开挖过程中,初级支护的应力最大值发生在支护结构边墙和拱脚处,初级支护的应力最小值发生在下台阶底部,洞室周边应力影响范围为6~20m,水平位移在隧道拱腰和拱脚处较大,竖向位移在拱顶处最大。 (2)通过对隧道三种施工方法对比可知:①全断面法施工,洞室周围产生的沉降最大,应力最小。应力最大值为CD开挖方法最大值的0.37倍。当工程容许有较大变形时,可以采用全断面法施工。②上下台阶法施工,能较好的控制开挖面的稳定性,其最大沉降值是全断面开挖方法的0.57倍,应力最大值是CD开挖方法最大值的0.39倍。③CD法施工,洞室周围产生的沉降位移最小,应力最大,沉降为全断面法施工的0.46倍,是上下台阶法施工的0.75倍,当隧道跨度很大,地表沉降要求严格、围岩条件较差、上下台阶法难以控制围岩变形时,可采用CD法。 (3)提出了基于线性组合模型的灰色控制方程,对D1K923+730断面的拱顶沉降、水平收敛、仰拱沉降进行模拟预测,灰色控制方程预测值分别为79.2mm、9.2 mm、20.9 mm。通过现场监控量测,该断面的实测值分别为74.3mm、9.2 mm、18.6 mm,预测值与实测值基本吻合,采用灰色控制方程可以准确的预测围岩的位移。通过灰色速率方程和灰色位移方程的有机结合,可以准确的评判围岩稳定性,确保施工安全。 (4)刘家庄隧道的拱顶沉降、边墙水平收敛和仰拱沉降趋于稳定时的位移分别为85mm、15mm和35mm,趋于稳定的时间为45天,可将此值作为刘家庄隧道灰色控制方程的位移极限值,通过灰色控制方程的判断分析,穿越煤层段的隧道处于危险状态,建议立即采取加强支护结构或改变开挖方式等工程措施控制围岩变形。 |
| 作者： | 李茂达 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 霍润科 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西安建筑科技大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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