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原文传递大跨度连拱隧道施工方案研究

论文题名：	大跨度连拱隧道施工方案研究
关键词：	连拱隧道;施工工法;力学行为;有限元分析;数值模拟
摘要：	连拱隧道是公路隧道中一种典型的结构形式,其结构紧凑、路线衔接顺畅的特点在高速公路隧道建设中发挥出得天独厚的优势。从公路交通整体规划上看有着较多不可替代的优越性,连拱隧道虽然前期投入较高、施工难度大且工期长但后期运营阶段有着巨大环保、节能潜力。　　随着连拱隧道的建设工作不断加深,在施工、设计、监测、运营等方面产生了许多问题。现阶段连拱隧道施工设备技术较为落后,传统的导洞法设计断面过于保守不利于现代化大型掘进设备的工作开展;设计多沿用工程类比法,现行隧道设计规范对于连拱隧道的相关规定条款过于滞后,普遍出现设计支护强度不合理、结构复杂施工工序多、造价高等问题;监控量测对于围岩的稳定性与动态施工控制不足,也没对中隔墙的偏压问题拿出实用有效地监控手段;连拱隧道建成后运营过程中,对于出现的病害处理不够及时以至于病害蔓延危及隧道的稳定性。　　本文针对连拱隧道在浅埋偏压等特殊地段地施工方案,依托重庆市赵家清桥连拱隧道开展了以下研究工作: 　　(1)采用ANSYS有限元分析软件进行数值模拟,研究赵家连拱隧道不同施工工法的力学行为,结合现场实测监控数据进行对比分析,结果表明有限元数值结果虽然较实测结果偏小,但表现出的规律和趋势可以为施工做出合理的建议,得出中导洞侧壁法为赵家连拱隧道合理施工工法。　　(2)为使中导洞的开挖和中隔墙的浇筑两大工序能够同时进行,在保证中隔墙搭模板浇筑施做空间的同时中导洞的出渣作业得以顺利实施,提出了适度扩大中导洞尺寸并偏移中隔墙浇筑位置的施工方法,并在不同施工顺序基础上用有限元分析软件ANSYS模拟了该工法对整个隧道结构造成的影响。分析结果得出中导洞尺寸扩大并偏移中隔墙的施工方法较正导洞方案围岩变形稍大但处于控制范围之内。当中导洞偏向先开挖一侧,且先行开挖深埋侧时,对围岩扰动较小,降低了开挖风险。先行洞施工时中隔墙偏压现象严重,应采取另一侧施做横撑或者回填混凝土防止中隔墙偏移翻转。　　(3)为研究浅埋偏压地质带下偏中导洞法合理开挖进尺问题,采用ANSYS建立三维有限元模型进行开挖数值模拟,通过分析,结果表明偏中导洞法施工时掘进长度为1m时可以保证隧道结构安全,掘进长度为2m时,隧道初支局部拉应力过大,不宜作为合理进尺长度。　　(4)为平衡先行洞开挖后初支对中隔墙的水平推力的影响,现行常规做法是在中隔墙另一侧进行横向钢支撑或回填混凝土。此工序较好地改变了中隔墙的偏压状态但是后期的拆除工作严重耗费工时、浪费材料。为减少回填作业,加快施工进度,又提出在偏中导洞情况下,改变中导洞形状,调整中隔墙结构,少回填或者不回填施工工法,采用ANSYS进行施工模拟分析,该工法不同施工顺序下对整个隧道结构产生的影响。研究发现,通过改变中导洞形状,采用合理的主洞开挖顺序,中隔墙偏压状态有所改善同时可以省略回填工法,隧道开挖可以安全实施,并且采用深埋侧先行较为合理。
作者：	牛牟
专业：	建筑与土木工程
导师：	张学富
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