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超大跨隧道近接增建作用下既有隧道变形特性与控制措施
| 论文题名： | 超大跨隧道近接增建作用下既有隧道变形特性与控制措施 |
| 关键词： | 超大跨隧道;近接增建作用;既有隧道;变形控制 |
| 摘要： | 改革开放40年以来，高速公路工程飞速发展，各地路网不断完善，大规模新建工程逐渐减少，随之而来的是高速公路“保畅通、保安全”的压力持续增大，为解决现有交通量不足的情况，涌现了大量的改扩建工程。平行增建是一种常见的改扩建形式，在既有四车道隧道条件下增建成为八车道的工程具有复杂性和危险性，新建隧道会打破既有隧道支护结构与围岩的平衡，造成既有隧道的围岩变形，加重既有隧道结构病害程度。因此，研究超大跨隧道近接增建对既有隧道的变形特性和变形控制具有重要的工程意义。 本文依托某改扩建隧道工程，开展近接增建作用下既有隧道变形特性模型试验，结合有限差分软件进行数值模拟计算，分析增建隧道对既有隧道的围岩变形特性和应力变化，提出相应的变形控制措施，并进行支护参数优化，提出经济、合理的变形控制方案。本文主要进行的工作和取得的成果如下： (1)通过查阅文献资料和实际工程案例，共计23条改扩建线路，28座改扩建隧道，进行高速公路线路和公路隧道改扩建工程调研；根据工程调研结果总结了四种常见的4种改扩建方案；并确定以“4+4”平行增建方案为研究对象，开展论文的研究； (2)对近接增建作用下既有隧道的变形特性进行数值模拟分析，利用FLAC3D有限差分软件建立模型，从围岩级别、埋深和净距三个方面分析既有隧道的变形特性，分析对象有塑性区、地表沉降和洞周收敛等；结果表明：同一埋深条件下：新建隧道开挖对既有隧道的洞周位移变化从大到小分别是拱顶、边墙、拱脚、拱腰、仰拱；Ⅴ级围岩条件下，当新旧隧道净距小于1D时，应采取变形控制措施保证既有隧道稳定性。 (3)开展近接增建作用下既有隧道变形特性相似模型试验，设计正交试验方案和相关物理力学参数试验，研制出Ⅴ级围岩和衬砌的相似材料模型；采用传统压力传感器监测和非接触全场应变监测方案，分析近接增建作用下对既有隧道的影响。结果表明：靠近新建隧道一侧的围岩变形更明显，从洞周向地层扩散，衬砌结构受压应力且内侧受拉，在既有隧道运营过程中，拱脚可作为重点监测部位；并和数值模拟结果相互验证； (4)以数值模拟和模型试验得到的围岩变形规律为基础，调研多种变形控制措施及其适用性，通过FLAC3D数值模拟分析变形控制方案的效果，并对管棚直径和环向间距、喷射混凝土厚度、型钢型号和纵向间距等支护参数进行优化，最后提出不同净距下的围岩变形控制方案。 |
| 作者： | 朱冠宇 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 朱启银 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中国矿业大学(江苏) |
| 学位年度： | 2022 |
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