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浅埋偏压连拱隧道数值模拟及其优化分析
| 论文题名： | 浅埋偏压连拱隧道数值模拟及其优化分析 |
| 关键词： | 浅埋偏压;连拱隧道;施工变形;监控量测;数值模拟 |
| 摘要： | 近年来，随着我国经济的快速发展，我国高速公路隧道工程技术水平得到了迅速推进，由于连拱隧道能够更好地适应山区特殊地形，线形流畅,近年来连拱隧道越来越多的被实际工程所应用。论文以湖北天鹅连拱隧道为背景，采用有限元软件MIDAS/GTS对偏压连拱隧道的施工过程进行数值模拟，通过对围岩和支护结构应力应变规律的研究,对不同开挖方案和开挖顺序优化分析，结合现场监控量测资料,应用灰色建模理论对监测数据进行分析预测。论文的主要研究成果为： （1）采用三导洞法施工时，隧道施工完成后应力最大值在出口处中隔墙的左侧腰部和脚部为9.0MPa；采用中导洞法施工时，左洞上台阶开挖后，左洞仰拱部分松动区和先前开挖中导洞时形成的松动区相互重叠形成一体，隧道施工完成后应力最大值在中隔墙为10.3MPa。采用三导洞施工左右洞最终沉降为12.25mm，10.09mm，而采用中导洞施工，左右洞的最终沉降值为13.14mm，10.95mm。三导洞法开挖中隔墙拱顶、腰部和底部应力值分别为4.6MPa、2.6MPa和3.0MPa，小于中导洞法的5.0MPa、3.0MPa和4.0MPa，说明先行开挖两侧导洞能够释放部分围岩压力，有效减小中隔墙的受力。 （2）就中隔墙而言，左洞先行开挖（工况一）中隔墙最大压应力为11.0MPa小于右洞先行开挖（工况二）的最大压应力值12.0MPa，对于中隔墙最大拉应力值，工况一为1.2MPa小于工况二最大值2.8MPa；从初衬受力情况来看，工况一和工况二的最大位移值分别为19.23mm、24.97mm，初衬最大拉应力分别为1.1MPa、2.1MPa，最大压应力分别为8.4MPa、10.0MPa。从围岩塑性区来看，工况一的塑性区主要分布在两侧拱腰处和中隔墙顶端，工况二的围岩塑性区位于中隔墙顶部偏压侧及两侧拱腰处。 （3）ZK72+755断面拱顶沉降、水平收敛、仰拱沉降的预测值分别为20.78mm、7.49mm、10.50mm；经过现场监控量测，ZK72+755断面的实测值分别为21.00mm、7.68mm、9.45mm。由此可见，方程预测接近实测值，可见，灰色GM（1，1）模型可以准确的模拟围岩的时间位移序列，预测精度达到了隧道安全施工的要求。 （4）天鹅连拱隧道的拱顶沉降、水平收敛和仰拱沉降趋于稳定时的位移分别为：15.0mm、5.0mm和8.0mm，稳定所需时间为35天左右。拱顶沉降和仰拱沉降值较大。初衬与围岩接触压力随着掌子面的推进基本呈逐渐增长态势，监测点在开挖35天左右，压力值趋于稳定，左拱肩承受的压力基本都大于右拱肩。 |
| 作者： | 闫计瑞 |
| 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： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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