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高地应力软岩大变形隧道新意法施工参数优化研究
| 论文题名： | 高地应力软岩大变形隧道新意法施工参数优化研究 |
| 关键词： | 高地应力软岩隧道;新意法施工;FLAC3D;强度折减法 |
| 摘要： | 社会和经济发展对交通运输行业提出了更高的要求，为了应对这种需求，隧道等地下工程的设计和施工也具有了更长、更深、更复杂的特点，隧道长度越来越长，跨度越来越大，穿越的地形和地质条件越来越复杂。高地应力软岩隧道具有地应力较高、围岩软弱、变形大且持续时间长等特点，采用传统的新奥法对高地应力软岩隧道进行施工存在一定的局限性和弊端，而新意法重视超前核心土的稳定性，和新奥法相比有其独有的优势。本文围绕高地应力软岩大变形隧道的新意法施工进行了施工参数优化研究，主要得到了以下成果: (1)通过查阅大量关于高地应力软岩隧道施工、新意法和新奥法隧道施工的文献后，总结了新意法和新奥法隧道施工方法在基本原理、主要内容方面的差异以及各自的优缺点。 (2)针对高地应力软岩隧道的新意法施工过程，利用有限元数值模拟方法进行了高地应力软岩隧道新意法围岩支护效应影响研究。首先通过对比不同围岩强度应力比（不同围岩级别和地应力）条件下，隧道的掌子面挤出变形、轮廓竖向收敛和掌子面超前收敛值以及围岩塑性区，分析得到了围岩强度应力比对隧道掌子面变形行为预测结果的影响规律;然后通过对比分析掌子面挤出位移和锚杆的轴力分布，分析研究了掌子面锚杆长度、锚杆布置间距、锚杆直径等参数对高地应力软岩隧道超前核心土加固效果的影响规律。 (3)提出了基于有限元极限平衡法的隧道新意法施工参数设计方法，以关角隧道为工程背景，建立了模拟隧道施工的三维有限元模型，利用强度折减法计算不同施工参数组合工况下的安全系数，并利用正交试验对不同工况下的安全系数进行极差分析，得到支护参数对隧道施工安全影响大小的排序，最后根据极差分析结果选取了最合理的支护参数。 (4)利用有限元数值方法模拟关角隧道的台阶法和新意法施工过程，通过分析围岩稳定性（应力场、位移场和塑性破坏区的破坏过程）和支护结构（初期支护、超前玻璃纤维锚杆和二次衬砌）受力，对比总结了新意法和新奥法各自的适用范围及特点，结论证明和新奥法相比，新意法施工后结构受力更为合理，围岩应力释放得到了有效的控制，施工风险更低，是很有发展潜力的一种施工方法。 本文的研究结果对高地应力软岩大变形隧道的新意法设计和施工具有一定的参考价值。 |
| 作者： | 黄磊 |
| 专业： | 土木工程；防灾减灾与防护工程 |
| 导师： | 高峰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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