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大断面泥砂岩隧道超挖控制及支护结构稳定性研究
| 论文题名： | 大断面泥砂岩隧道超挖控制及支护结构稳定性研究 |
| 关键词： | 公路隧道;隧道超挖;控制措施;现场监测 |
| 摘要： | 随着我国交通行业和地下工程的快速发展，越来越多的山岭隧道出现在工程施工中，目前在山岭隧道施工中钻爆法占据约90%的比例，由于在钻爆法施工时装药量、钻孔深度、钻孔位置等不好控制，在施工时容易引起隧道的超挖，超挖不仅造成施工成本增加，而且会引起局部应力集中，改变支护结构的形态，影响隧道围岩与支护结构的稳定性。针对隧道超挖问题，以定临高速公路黑庄坪隧道工程为依托，通过文献查阅、现场调研、理论分析、数值模拟和现场变形监测等方法，对大断面泥砂岩隧道中超挖的影响进行研究，主要研究内容及结论如下： （1）依托隧道现场测得超挖数据，相比于传统钻爆法施工，悬臂掘进机法施工可以将超挖量减小50%左右，而且悬臂掘进机施工对围岩的扰动小，在大断面软岩隧道中应推广使用悬臂掘进机等大型机械法开挖。基于隧道超挖产生原因，提出悬臂掘进机与爆破施工时超挖控制方案，将隧道超挖程度降至最小。 （2）考虑超挖引起隧道结构的应力集中作用，提出在隧道破坏时最大支护力的计算方法，结合收敛约束法计算超挖隧道的稳定系数，与未超挖隧道的结果对比。超挖引起的局部应力集中作用使隧道结构受力增大3~5倍，稳定系数远小于未超挖工况，并且超挖隧道破坏易出现在围岩与混凝土的接触面上，降低隧道支护结构的承载能力。 （3）在MidasGTS/NX有限元软件中建立数值计算模型，分析不同超挖模拟方式的效果，采用正交试验法分析超挖的位置、深度及范围影响，并以现场实际超挖统计结果建立不同工况，分析隧道结构的安全系数。得到折线段的方式模拟隧道超挖效果更好，不同程度的超挖对隧道影响结果不同，超挖位置对隧道应力影响最大，超挖深度次之，超挖范围影响最小，超挖量与安全系数的大小呈反比关系，超挖量越大，安全系数越小，隧道结构越不稳定。 （4）根据隧道现场监测数据，分析超挖对围岩及支护结构稳定性的影响，得到支护结构在大断面软岩隧道中起着非常重要的作用，超挖会导致隧道二衬的荷载分担比增大，未超挖断面二衬承担荷载比平均值为33.2%，而超挖断面的二衬承担荷载比平均值为42.3%，由于超挖改变围岩与支护结构的力学状态，二衬要承担更多的荷载。超挖会影响隧道的塑性区范围，钻爆法施工造成围岩扰动较大，导致距隧道开挖面较近的围岩会出现松动。 |
| 作者： | 周飞 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 陈志敏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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