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大断面富水黄土隧道开挖方法优选及设备配套研究
| 论文题名： | 大断面富水黄土隧道开挖方法优选及设备配套研究 |
| 关键词： | 黄土隧道;变形控制;开挖工法;设备配套;数值模拟 |
| 摘要： | 国家为了提高西部地区的经济水平和社会发展水平，巩固国防，在西部地区开展了大范围的基础设施建设。黄土隧道建设面临诸多难题，传统开挖工法以及设备配套已经不足以保证黄土隧道安全快速施工，因此有必要优化黄土隧道开挖工法，确定黄土隧道设备配套方案。 本文依据宝兰客运专线王家沟黄土隧道和连霍高速公路定远2＃黄土隧道实际工程，完成的主要工作和结果如下： （1）理论分析含水率对黄土的内摩擦角、黏聚力以及抗拉强度的影响。含水率小于15％时，内摩擦角减小速率快，含水率15%~20%时，内摩擦角不再随含水率变化，含水率大于20%时，内摩擦角减小速率较快；含水率对黏聚力影响接近线性关系，随着含水率的增大，黏聚力直线减小；含水率对抗拉强度影响接近反比例曲线，含水率为11%为曲线的分界点。 （2）通过对王家沟黄土原位取样进行室内试验，分析数据得出以下结果，内摩擦角为22.33，黏聚力为29.8kPa，塑限ωP为16.5%、液限ωL为31.95%。塑性指数IP为15.55，竖直弹性模量为160.4MPa，水平弹性模量为87.5 MPa。 （3）对王家沟隧道DK983+892断面现场监控量测数据进行分析，从变形来看，主要特点是：变形量大、初期变形速率快、变形时间长。围岩压力最大值出现在左拱脚，为445.40kPa；钢拱架应力最大值出现在右拱腰，为242.46MPa；接触压力最大值发生在右拱脚，为944.75kPa；混凝土最大压应力在右拱腰，为20.17MPa；钢筋计的大部分仪器损坏，数据不具有参考性。综合分析以上结果，监测项目的最大值出现右拱腰或者右拱脚，王家沟隧道可能处于山体偏压状态。 （4）根据大断面黄土隧道的变形特征结果，对变形控制措施进行优选分析。以王家沟隧道DK983+892~DK983+922段，对不同的开挖工法、不同的开挖顺序及临时支撑形式、不同的台阶长度、不同的开进尺进行三维数值模拟优选分析，比选结果为宜采用CRD法进行开挖、开挖顺序应为左上左中左下右上右中右下、临时支撑的形式应为拱形、3m台阶长度、0.6m开挖进尺。 （5）依据定远2#黄土隧道，对黄土隧道的施工机械和设备配套进行研究，得出黄土设备配套选型有：1.2m3正铲挖掘、3.4 m3装载机、15t自卸车、CSS3混凝土喷射机械手、90 m3/h衬砌混凝土拌合站，全断面液压模板台车、27.2m3/min美国寿力通风设备。 （6）对比分析采用不同开挖形式，人工费用和机械油耗占开挖费用比重较大，随着开挖机械化的不断提高，机械油耗费用所占比重有增大趋势。隧道设备选型时尽量选取机械化程度高且工作利用率较高的机械，节约资源，降低成本。 |
| 作者： | 周胜 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 李德武 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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