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小净距山岭隧道变形特征及多因素定量分析
| 论文题名： | 小净距山岭隧道变形特征及多因素定量分析 |
| 关键词： | 小净距隧道;围岩压力理论;数值模拟;关联度分析 |
| 摘要： | 由于地质条件、地形地貌、选线要求等客观条件制约，以及施工技术和工程造价因素约束，公路工程中常采用小净距形式的隧道。但是与传统隧道类型相比，小净距隧道由于受力情况复杂，且在山岭地区容易承受偏压作用，在隧道浅埋区域施工时容易出现塌方或其他地质灾害事故，因此研究小净距隧道在浅埋段的围岩变形规律和开挖响应对隧道施工具有重要意义。鉴于此，本文以山东省威海市黄家夼隧道为研究对象，以隧道浅埋段塌方事故为切入点，采用理论分析、现场监测、数值模拟和统计学方法，开展小净距隧道浅埋段施工变形研究。重点探讨小净距隧道塌方的原因以及几种因素对隧道变形的影响。本文的主要研究内容及结论为： （1）隧道现场监测数据分析 考虑先后洞施工因素的影响，对黄家夼隧道进行围岩压力理论分析，并针对性提出监测方案。对黄家夼隧道现场监测数据进行分析总结，以超前地质预报为依托，判定黄家夼隧道掌子面区域Ⅴ级围岩占比高，Ⅲ级、Ⅳ级围岩占比较低；以不同围岩级别隧道变形数据进行规律总结和特征分析，确定黄家夼隧道围岩变形分为两个阶段，增长阶段和稳定阶段，其中增长阶段又分迅增和缓增阶段。Ⅴ级围岩下隧道变形比Ⅲ级、Ⅳ级变形更大，稳定状态所需时间更长；比较不同埋深条件下隧道出入口地表沉降的差异，确定黄家夼隧道洞口段小净距隧道先行洞变形受后行洞影响较大，随着埋深增加后行洞对先行洞的影响逐渐减小。 （2）隧道浅埋段塌方事故模拟 以隧道浅埋段塌方为切入点，结合现场数据和隧道变形理论对塌方原因进行分析，判定隧道塌方事故的主要原因为临近隧道开挖、围岩性质和超挖。使用有限元软件对施工期间发生的直通地表塌方事故进行模拟，得到黄家夼隧道施工过程中的变形特征，分析隧道开挖至塌方前不同距离的隧道位移场，确定黄家夼隧道塌方事故发生时的位移和应力响应，同分析所得塌方原因相对应。 （3）隧道变形多因素控制变量分析及关联定量分析 在有限元模型基础上更进一步，结合规范要求，对超挖高度、掌子面错开距离、围岩弹性模量设置不同梯度进行控制变量分析。以地层沉降、中夹岩和隧道变形为判断准则，得到不同工况下的变形曲线。对地表、隧道变形数据进行提取和总结，获得不同因素对隧道和地层的响应规律，得到各因素的特征值。使用灰色关联分析-熵值法的统计学方法，以隧道拱顶变形和水平收敛为判断依据，计算得到三个因素对隧道变形的关联度，将关联度进行从大到小排序，确定各个因素对隧道变形的定量影响。 |
| 作者： | 王俊毅 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 张拥军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 青岛理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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