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大跨度无中墙连拱隧道施工力学行为及应用
| 论文题名： | 大跨度无中墙连拱隧道施工力学行为及应用 |
| 关键词： | 大跨度无中墙连拱隧道;施工工法;力学行为 |
| 摘要： | 中国改革开放以后，交通压力随人口数量、机动车保有量的骤增而与日俱增，进入二十一世纪这种现象尤为明显，促使中国交通基础建设进入飞速发展期，高速公路、高速铁路、城市轨道交通等日趋完善。其中，隧道的建设数量也随之增多，规模越来越大，技术要求越来越高，所遇地质条件也越来越复杂，支护结构形式也愈发多样。为适应更多的地形，提高空间利用率，降低建设成本，连拱隧道凭借其特有的优势而被隧道工程建设者青睐。本文为探明大跨度无中墙连拱隧道的施工力学行为，以大理至南涧高速公路西区隧道为研究对象，通过对其开展试验研究、理论分析、数值模拟，以及结合实际工程，对大跨度无中墙连拱隧道的施工力学行为及应用进行研究。结果表明： （1）连拱隧道模型试验中，随隧道掌子面推进，各测点垂直方向应力值均逐渐增大，并在接近隧道坍塌处，围岩应力增幅激增；同时模拟开挖过程中模型试验箱中部围岩垂直方向上的变形量逐渐加大，当隧道出现灾变，围岩将发生瞬间大变形，其位移将会形成一次大幅度增长； （2）毛洞开挖数值模拟过程中，随隧道掌子面推进，岩体X、Y、Z方向的围岩应力、位移总体呈现增大趋势。但当先行洞与后行洞开挖贯通后，应力先后出现两次下降。原因在于隧区岩体全部被开挖后，围岩中的应力将会释放，随之出现围岩应力降低的现象； （3）实际工况开挖数值模拟过程中，随隧道掌子面推进，后行洞开挖前，X、Y、Z方向的围岩应力逐渐增大，增长趋势较小；当后行洞开挖5m，此时由于整个隧道的开挖断面突然增大，致使X、Y、Z方向的围岩应力突增；当连拱隧道后行洞贯通，围岩中最后开挖部分聚集的应力随其开挖后得到释放，围岩应力大幅下降；同时围岩位移呈现出均匀增加的趋势。模拟结果显示，连拱隧道利用该工法施工，其隧道变形量小，满足安全要求； （4）数值模拟结果显示，若采用三台阶预留核心土法开挖先行洞，利用改进CD法掘进后行洞，且后行洞钢拱架骑立搭接于先行洞钢拱架上时，连拱隧道在设计、施工过程中需要对连拱隧道先行洞下台阶共用边墙部位的结构进行加强设计，同时需要增大连拱隧道的基底承载能力； （5）西区隧道依据理论计算、模型试验、数值分析形成一套完整的大跨度无中墙连拱隧道施工工法，并且得到成功运用，极大减少了隧道占地面积，利于环保，节约土地成本。该工法的使用，在保障施工安全的前提下，同时减少钢材用量，大幅节约施工成本，缩短施工工序，有效控制对先行洞的扰动。 |
| 作者： | 谢财进 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 饶军应 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 贵州大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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