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双层模筑混凝土衬砌受力与变形特征分析
| 论文题名： | 双层模筑混凝土衬砌受力与变形特征分析 |
| 关键词： | 黄土隧道;双层模筑衬砌;开挖方法;变形控制;受力分析 |
| 摘要： | 近年来，随着西北地区交通建设力度的加大，以“千沟万壑”闻名于世的西北黄土高原地区，也在稳步的进行高速铁路、公路建设，而隧道在交通线路选择中的优势使黄土隧道在西北地区大量建设。双层模筑混凝土衬砌结构对围岩变形、防水的控制均优于传统的喷混+二衬结构，但目前有关这方面的研究基本没有，因此，有必要开展双层模筑混凝土衬砌受力与变形特征研究。 本文依据连霍高速兰州南绕城定远2＃黄土隧道实际工程，结合现场应力和变形监控量测，通过有限元软件分析了双层模筑混凝土衬砌受力和变形规律，对比研究了不同开挖方法、不同开挖进尺、不同台阶长度、不同上台阶高度对双层模筑衬砌结构受力和变形的影响，优选出了较好的变形控制措施。具体研究内容如下: (1)结合现场监控量测数据分析定远2＃隧道围岩变形与支护受力之间的相互作用关系和特征。结果表明，定远2＃黄土软弱围岩隧道具有前期变形速率和变形量大、变形持续时间长的特征。 (2)通过对下穿公路段双层模筑混凝土衬砌隧道的施工过程进行数值模拟分析，发现模拟结果小于实测结果，分析原因是有限元模型没有考虑像大拱脚加宽等截面加强的影响，而且无法准确的知道钢拱架、一次模筑混凝土承载围岩压力的荷载分摊比例。有限元结果所表现出的变形和受力规律可为实际施工提供有价值的参考和借鉴。 (3)台阶长度、开挖进尺的变化对隧道围岩变形及支护结构受力的影响较大，考虑到定远2＃隧道地处黄土的实际情况，应尽量减小对围岩的扰动，故建议在开挖过程中对围岩进行及时封闭、避免出现超挖、保证初期支护强度和刚度的前提下，尽量减小开挖的台阶长度，减少对围岩的扰动次数，并及时施做仰拱，使隧道衬砌形成封闭结构，对隧道围岩起到有效的支护作用。 (4)通过三维有限元数值模拟，分析了隧道在不同的开挖条件下的围岩变形、支护受力和施工进度情况，并针对不同变形控制措施进行了优选对比分析，最终得出了最优的施工方案。首先，对三台阶七部开挖法、三台阶法、CD法、两台阶法四种开挖工法进行有限元对比分析，建议采用两台阶环形预留核心土开挖工法。其次，在采用两台阶法开挖的前提下，针对不同开挖进尺、不同台阶长度、不同上台阶高度进行了有限元对比分析。最终得出最优的变形控制措施:采用两台阶环形预留核心土开挖工法、1.5m进尺长度、3m台阶长度、7.3m上台阶高度进行隧道施工。 |
| 作者： | 刘瞻恒 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 李德武;唐述林 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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