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松散地层管棚预支护效果的数值模拟研究
| 论文题名： | 松散地层管棚预支护效果的数值模拟研究 |
| 关键词： | 隧道工程;开挖技术;管棚预支护;数值模拟 |
| 摘要： | 公路隧道、铁路隧道及地铁隧道等工程施工中常遇到松散地层,为了防止隧道开挖影响地表建筑物或引起地层较大变形,在隧道开挖面前方应采取管棚预支护措施对围岩进行加固是有效的常用方法。因此,对这一技术开展研究十分必要。 针对特定的松散地层隧道管棚超前预支护技术进行研究,并结合工程实例进行数值模拟分析,探寻特定条件下的合理有效的管棚预支护方案。主要研究内容和结论有以下几点： (1)对松散地层的概念、围岩破坏机理和力学性能、围岩变形特征和预支护方法进行论述。认为,管棚支护能有效地控制开挖面前方松散破碎的地层,提高隧道围岩的强度和稳定性,应成为首选的松散地层有效的预支护方法。 (2)对管棚的施工方法、分类和用途进行分析,阐明管棚在松散地层中的支护特点,在此基础上对管棚的作用机理进行了详细的分析,总结出相关的参数设计方法。研究表明管棚支护在松散地层隧道中起多种作用,影响管棚支护参数的因素主要是隧道周围地质条件、埋深、断面大小、开挖进尺、管棚的布置方式、施工条件等。 (3)利用地下工程中常用的有限元模拟方法,就管棚的数值模拟方法进行了分析,模拟中不仅考虑了管棚的注浆作用,以要突出其梁效应。此外,也就其具体实现方法进行了分析。 (4)通过数值模拟方法对无预支护、仅小导管注浆预支护、仅管棚预支护、管棚+小导管注浆预支护四种工况进行研究。研究表明松散地层条件下无预支护是不安全的,仅小导管注浆预支护的作用有限,而管棚预支护的作用效果明显。采用管棚+小导管注浆预支护能充分发挥围岩的自稳能力,同时也降低支护结构上的内力,由此证明了管棚的支护效果;现场监测数据的回归分析也表明此支护方式合理有效。 (5)在管棚+小导管注浆预支护条件下,管棚间距在0.40～0.50m左右时比较合理,既能保证支护效果又兼顾施工和造价。管棚的直径和长度是互相影响的,当管棚的长度较小时,管棚直径变化导致管棚支护效果变化较大;当管棚长度较长时,管棚直径在较小范围内变化(小于300mm)对支护效果影响不大,直径超过300mm后,管棚直径变化对支护效果影响提高。开挖步距对开挖面附近的围岩变形量影响很大,但对围岩扰动范围影响有限。在开挖面前方0～0.5D的范围内管棚预支护效果显著,开挖面前方0.5～1.5D的范围内管棚预支护效果逐渐降低。 |
| 作者： | 刘永行 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 戴俊;王建勋 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西安科技大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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