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凝灰岩区隧道二衬支护时机对结构安全性影响研究
| 论文题名： | 凝灰岩区隧道二衬支护时机对结构安全性影响研究 |
| 关键词： | 凝灰岩隧道;二衬支护;施工时机;安全性 |
| 摘要： | 隧道二衬对围岩的稳定起到非常重要的作用，隧道结构处于隐蔽的地下环境中，地质条件极其复杂。由于施工失误、设计不合理、勘测不准确等因素影响，大部分隧洞都未达到其使用寿命即出现影响二衬结构安全的病害，二衬病害将严重影响隧道的安全性和耐久性。凝灰岩隧道围岩变形速率较大，持续时间较长，二衬施作前难以趋于稳定，基本不能达到规范要求的变形速率指标，因此需适时施作二衬，让二衬承担荷载。 本文主要通过对工程区地质条件、围岩特性等的调查和研究，结合室内外试验对工程区的凝灰岩特性进行分析。通过施工期监控量测以及数值模拟对不同二衬支护时机的围岩结构的变形特性、初支和二衬荷载变化特征进行分析，并通过监控量测和数值模拟的结果分析二衬支护时机对结构安全性的影响，对比不同时机支护下二衬结构的安全系数，提出合理的支护时机，主要研究成果如下: (1)通过室内试验对凝灰岩进行矿物成分分析试验、物理性质试验，力学试验，得出其具有可塑性、膨胀性、流变性、损伤劣化性的特点。 (2)通过现场监测对围岩变形特点进行了研究，分析支护结构在不同二衬支护时机下的应力变化规律，监测分别在距离掌子面1～4倍洞径时4种工况下进行二衬支护的断面，分析其围岩位移变化规律和不同工况下二衬和初支承担应力变化规律。二衬支护过早将导致其所受围岩应力过大，不利于结构稳定。支护不及时容易造成初支大变形甚至破坏，通过研究其规律得出了最优支护时机，得出了在距离掌子面3倍洞径时进行二衬支护效果最优，此时二衬和初支皆充分发挥了其承载作用，围岩位移量可控制在不影响二衬施工的范围内。 (3)根据隧道的初支和二衬应力分布规律可知，二衬支护时机对其应力分布具有很大的影响，距离掌子面越远时支护对二衬结构安全越有利，但二衬未及时跟进，初支所受的应力持续增加，将造成初支混凝土开裂和剥落，钢拱架变形，围岩位移过大影响二衬的施工。 (4)通过数值模拟对4种工况隧道围岩位移、塑性区变化、二衬轴力值进行分析，结合现场监测、数值模拟结果研究隧道二衬在施工期和1年后的安全系数变化规律，软岩蠕变持续时间长，1年后围岩轴力变化显著，支护越早二衬承担轴力越大，在距离掌子面为1倍和2倍洞径时进行二衬施作，其安全系数远远低于规范要求的2.4。得出了二衬在距离掌子面3倍洞径情况下进行施作，结构安全系数持续稳定在2.4以上。 |
| 作者： | 熊含威 |
| 专业： | 水利工程 |
| 导师： | 荣耀 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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