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基于RMR围岩分级的公路隧道支护设计及优化研究
| 论文题名： | 基于RMR围岩分级的公路隧道支护设计及优化研究 |
| 关键词： | 公路隧道;围岩分级;支护设计;优化分析 |
| 摘要： | 作为隧道大国，我国建成了各种复杂条件下的公路隧道，隧道建设经验丰富，却没有形成具有创造性的建造工法和完善的隧道设计理论，距离隧道强国目标的达成还需努力。本文以在建的东欧黑山共和国南北高速公路为载体，按照新奥法的隧道建造理念，基于RMR围岩分级方法进行Mrke隧道的支护结构设计优化研究。通过对比国内与东欧地区隧道设计之间的异同，为中国企业走出国门进行隧道设计与建造提供参考，同时也可进一步丰富我国公路隧道的设计方法。基于此，本文所做工作和获得成果如下。 (1)通过对比分析国际上在隧道设计中使用较为广泛的的RMR、Q以及国内常用的BQ法三种围岩分级方法，根据前人研究结果和统计数据，利用非线性拟合以及各围岩物理力学参数与[BQ]和RMR之间的转换关系，得到[BQ]和RMR之间以及[BQ]和Q之间的对应关系，对比了三种围岩分级方法，为隧道设计提供基础依据。 (2)分析了公路隧道支护结构设计的基本原理，揭示不同等级围岩中分步开挖、初期支护、二次衬砌的作用机理;使用Midas GTS有限元分析软件对初步设计方案的初期支护结构进行计算分析，重点分析了初期支护中的喷射混凝土、锚杆以及钢支撑的结构受力特性;使用Midas Civil结构计算软件对初步设计中二次衬砌进行结构计算，分析二衬的受力特性及结构的合理性;使用Unwedge软件针对三维楔形体稳定性进行了计算分析，提出了一套合理的隧道监控量测方案。 (3)计算发现初步设计初期支护结构喷射混凝土的厚度设置合理，采用长锚杆、弱钢架的组合形式，长锚杆的施工便捷性差，现场不易达到理想的支护效果，在围岩破碎段也采用刚度较差的格栅钢架，施工安全性无法保证，对施工进度、工程造价等方面也会带来不必要的损失。二次衬砌结构设置合理，无需优化。针对系统锚杆的长度和钢拱架的型式进一步优化设计，得到长短锚杆相结合、强钢架的支护组合，通过计算发现优化后的支护结构支护效果好，同时在施工便捷性、经济节约等方面均有优势。在围岩质量较好的段落，关键块体对隧道支护结构的安全性具有较大影响，初步设计和优化设计的锚杆长度均可完全穿透潜在的楔形块，得到的安全系数没有发生变化，可见长锚杆对增加楔形体稳定性没有实质意义。 |
| 作者： | 姬海 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 刘保国 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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