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基于蠕变理论的黄土地铁隧道二次衬砌支护时机研究
| 论文题名： | 基于蠕变理论的黄土地铁隧道二次衬砌支护时机研究 |
| 关键词： | 地铁隧道;二次衬砌;蠕变特性;围岩应力;支护时机 |
| 摘要： | 随着国家轨道交通建设的发展，作为大城市中不可或缺的交通方式，地铁隧道在人口众多的综合性城市中越来越普及，特别是近些年伴随浅埋暗挖施工方法的日臻成熟。由于隧道开挖以及蠕变使洞周围岩的变形变的复杂，而二次衬砌作为隧道的安全储备，是隧道施工、运行安全以及运行寿命的首要保障，其合理的支护时机，就显得特别重要。因此，提出合理的二次衬砌支护时机势在必行，而且对类似隧道的施工具有重要的参考价值。 本文以西安地铁二号线为工程背景，采用有限元软件ABAQUS进行隧道开挖模拟，对影响二次衬砌合理支护时机的因素进行总结，并分析各种影响因素下的结果，来判断各种情况下的二次衬砌合理支护时机。本文对隧道二次衬砌的支护时机主要进行了以下研究： （1）对目前国内外的研究方法与成果进行列举分析，并对黄土的蠕变机理以及蠕变理论进行了阐述。 （2）根据黄土的蠕变特性，选取扩展的DRUCKER-PRAGER与蠕变耦合模型，基于围岩应力-应变时间曲线，确定了黄土的蠕变参数。 （3）以西安地铁二号线为背景，对隧道进行二维开挖模拟，对隧道初衬厚度在200mm、250mm、300mm、350mm和400mm下，根据洞周位移、应力与时间曲线，依据“变形速率”准则和“极限位移”准则得出二次衬砌合理支护时机分别为7d、8d、16d、17d和19d。研究成果表明，初衬厚度的变化对二次衬砌支护时机的影响比较显著，初衬厚度愈大愈可以延迟二次衬砌的支护时机。 （4）分别探究隧道初期支护强度在c15、c20、c25、c30和c35工况下的洞周位移、应力与时间关系，得出各工况二次衬砌合理支护时机分别为7.5d、8.3d、8d、13d和12d。研究成果表明，初期支护强度达到c30时对二次衬砌支护时机延缓较大，之后变化较小。 （5）研究隧道埋深和不同洞间距变化对洞周位移、应力时间曲线的影响，得出这两种因素对二次衬砌的支护时机影响规律。研究成果表明，当隧道埋深较浅时，隧道埋深在一定范围内埋深越浅，二次衬砌的施做越可以延迟，但埋深增大到一定程度时，二次衬砌的支护时机基本相同。与埋深因素相比，洞间距的变化对二次衬砌支护时机的影响规律不是很明显。 （6）基于初衬厚度、初期支护强度、埋深和洞间距中各工况所对应的二次衬砌支护时机，应用最小二乘法，对二次衬砌支护时机与初衬厚度、初期支护强度、埋深和洞间距之间建立回归方程。 （7）建立三维数值计算模型，研究不同开挖进尺的拱顶位移与时间曲线，分析得出二次衬砌的合理支护时机。研究成果表明，开挖进尺对二次衬砌合理支护时机影响较小，在工程建设中可以忽略其的影响。 |
| 作者： | 王涛 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 党发宁;黄金廷 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西安理工大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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