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拱北隧道开挖与支护方式分析研究
| 论文题名： | 拱北隧道开挖与支护方式分析研究 |
| 关键词： | 超大断面;软土地层;公路隧道开挖;三次衬砌;超前支护 |
| 摘要： | 研究以某穿越软土地层超大断面、超浅埋双层公路隧道为例，系统的研究了该地层下隧道的开挖支护形式，对开挖过程中的临时支护、初期支护及二次衬砌进行了数值模拟，同时对三次衬砌的强度和稳定性进行了分析，分析对比了两种中板连接形式的优劣。 首先对超浅埋、超大断面的隧道的发展以及研究现状进行了分析，对现有隧道围岩计算理论进行了分析归纳，然后系统的介绍了拱北隧道的开挖支护方法，包括超前支护，冷冻法，注浆工法等。对隧道所采用的临时支护、初期支护、二次衬砌及三次衬砌进行了介绍。利用ANSYS有限元程序建立平面模型对隧道开挖支护的全过程进行了模拟分析，对开挖过程中土体的应力场和位移场进行了分析，对临时支撑、初期支护和二次衬砌的内力进行分析，并对该种地质情况下的超前支护与初期支护的改进措施进行了初步的探讨，得出结论： （1）隧道开挖时是做了型钢临时支撑，由分析计算可知，竖向支撑的轴力是由上到下越来越来大，且竖向临时支撑的轴力较横向临时支撑大，故应采用的竖向支撑要比横向支撑强度，刚度大。 （2）水平临时支撑与竖向临时支撑都要承受一定的弯矩，特别是横向与竖向支撑的连接节点处弯矩较大，所以施工时必须重视该节点的连接精度、连接强度与刚度，以防止支撑在受弯时节点张开影响施工时的安全。 （3）随着隧道台阶的开挖进行，土体的塑性区也在向深部发展。第四台阶的开挖后，隧道拱顶围岩除竖向支撑的支撑点附近外，均进入受拉区，且受拉区的影响的区域变大，故在隧道施工中应密切关注第四台阶的开挖，提前做好防范措施。 利用ANSYS对施工期间和运营期间的三次衬砌的强度进行了分析检算，对中板与边墙的连接形式进行了研究分析，同时对三次衬砌的施工及设计提出了建议。 最后对该隧道的设计与施工进行了总结，并对城市超浅埋大断面隧道的设计及研究提出了建议：对于穿越城市密集建筑及政治敏感区的隧道，若不能封闭地面交通，采用双层暗挖隧道结构是可行的。由于受到地面交通的影响，加之隧道本身的开挖跨度大、埋深小、地质条件差，由隧道开挖引起的地层损失可能引起地表沉陷甚至冒顶，故隧道开挖前采取强有力的超前支护措施是必要的。超前管幕法的使用可以最大限度的减少地面沉降，并减低地面交通对隧道开挖的影响，可以推广使用。同时配合冷冻法和洞内注浆加固，可保施工期间的安全。同时也指出了有待进一步研究的问题： 研究采用数值分析是基于设计施工提出的，能基本反映隧道在施工过程中力学动态，可为类似隧道工程的设计与施工提供参考。 |
| 作者： | 王立光 |
| 专业： | 防灾减灾工程及防护工程 |
| 导师： | 张电吉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉工程大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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