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原文传递大跨隧道约束混凝土拱架初期支护围岩控制机制研究

论文题名：	大跨隧道约束混凝土拱架初期支护围岩控制机制研究
关键词：	隧道施工;约束混凝土拱架;围岩控制;力学性能
摘要：	随着我国经济发展的需要，交通隧道等基础设施建设成为引领经济发展的又一个重要引擎，我国隧道建设迎来了前所未有的大发展时期。随着隧道建设规模的迅速发展，越来越多隧道需要建设在高地应力、断层破碎区等复杂地质条件，同时双向八车道等大跨隧道也越来越多，而目前尚无双向八车道等大跨隧道设计及施工规范，复杂条件大跨隧道施工安全问题亟需解决。约束混凝土技术在地上结构中应用广泛，而且在复杂条件矿山巷道中有了成功应用经验，因此本文围绕复杂条件大跨隧道约束混凝土围岩控制机制，利用模型试验、室内试验、数值试验相结合方法进行了以下研究。　　(1)大跨隧道双侧壁导洞法施工过程高强支护模型试验研究　　基于港沟隧道现场工程背景，进行了双侧壁导洞法施工过程高强支护模型试验研究，分析了无支护和高强支护两种条件下，围岩位移、应力演化规律，支护构件受力特性，揭示了大跨隧道施工过程中围岩变形破坏机制与高强控制机制。　　无支护条件下围岩整体位移远大于高强支护，左、右拱顶近点位移分别高出69％、75％，远点位移分别高出77.8％、88.6％，小净距分别高出47.1％、52.4％，说明高强支护对岩体变形具有良好的控制效果;埋深300m～800m时，高强支护隧道拱顶位移比无支护条件分别降低了78.1％、78.9％、70.8％、71.2％、72.3％、74.1％，说明在一定埋深范围内，高强支护能够有效控制围岩变形。　　(2)约束混凝土拱架力学性能大比尺室内试验研究　　通过改造自主研发的地下工程约束混凝土拱架大型力学试验系统，对现场实际尺寸约束混凝土拱架进行了大比尺室内力学性能试验。结合数值试验对拱架变形破坏形态、极限承载能力、应力应变分布特征、内力分布及变化规律进行了研究。　　在均布荷载作用下拱架整体变扁平，位移和应变最大部位出现在拱顶和两帮位置;室内试验屈服承载力和极限承载力分别为1980.7kN和2370.6kN，数值试验中拱架屈服承载力为1890.9kN，极限承载能力为2196.6kN，二者具有很好的一致性;拱架受压弯作用破坏，弯矩作用更加显著。　　(3)约束混凝土拱架初期支护承载特性研究　　针对现场实际尺寸约束混凝土拱架、H型钢拱架进行数值对比试验，研究了拱架变形破坏形态、极限承载能力、应力应变分布特征、内力分布及变化规律。同时分析了拱架截面钢管边长、壁厚、混凝土强度、荷载作用模式对拱架力学性能影响规律，明确了约束混凝土拱架初期承载特性。　　均布荷载作用下，SQCC180×10拱架相比于H200×200、H200×200-C拱架承载能力提高了81.4％和58.4％，在垂直压力/水平压力=1.5"的荷载模式作用下，承载能力提高了128％和72.3％，方钢约束混凝土拱架相比较于相同含钢量的型钢拱架以及考虑混凝土喷层情况的型钢拱架，承载能力都有明显提高。同时，分别研究了钢管壁厚、边长、核心混凝土强度、垂压比等参数对拱架力学性能的影响规律，拟合得到各因素自变量与承载力变量方程。　　(4)大跨隧道约束混凝土拱架高强控制机制研究　　开展双侧壁导洞法开挖大跨隧道不同支护方式数值对比试验，对比分析了无支护、锚喷支护、H型钢拱架+锚喷支护、方钢约束混凝土拱架+锚喷支护支护四种支护方式下隧道围岩变形、塑性区发展规律，明确了大跨隧道软弱围岩约束混凝土高强控制机制。　　在围岩极破碎条件下，约束混凝土拱架相比于H型钢拱架控制效果最为明显，尤其在开挖第五部分时，拱顶位移量仅为H型钢支护的29.5％。在复杂条件大跨隧道中，约束混凝土拱架支护相比H型钢围岩控制效果较大程度提高，尤其在软弱破碎围岩条件下，支护优势更加明显。
作者：	邵行
专业：	岩土工程
导师：	李术才;王琦
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文