详情

原文传递浅埋大断面城市隧道施工力学特性研究

论文题名：	浅埋大断面城市隧道施工力学特性研究
关键词：	城市隧道;大断面;施工力学;数值模拟
摘要：	随着经济社会的发展和城市化建设步伐的加快，交通拥堵制约了城市和区域的发展，单洞两车道城市公路隧道已无法满足城市交通的需求，对应的双洞六车道甚至是八车道大断面城市公路隧道的建设速度也逐渐加快。本文针对施工受力复杂的大断面城市隧道的施工力学特性以及施工工法的选取等研究现状及难题展开研究，通过现场监测、数值模拟等手段，结合Ⅴ级围岩条件下双向八车道小净距大断面城市隧道工程实际，深入研究了不同建设形式的大断面城市隧道施工过程中施工力学特性，并对大断面城市隧道的施工工法进行了研究分析，取得了一些具有工程价值和意义的研究成果，主要包括：　　（1）使用FLAC3D有限差分软件，以浆水泉城市隧道为工程背景，对小净距大断面城市隧道的CD法施工开展了数值计算，研究分析了隧道的拱顶沉降、围岩水平位移以及围岩的应力。根据隧道周边围岩目标点的变形规律，后行洞的开挖施工对先行洞正上方的地表沉降和先行隧道围岩各点垂直位移影响最大。　　（2）对小净距大断面城市公路隧道进行了多种施工工法的数值模拟，对在各种工法下的隧道拱顶沉降、夹岩水平位移和夹岩应力进行了对比。得出在隧道施工过程中，使用双侧壁导坑法开挖可以较好地控制地表沉降，降低隧道近接施工的影响，也可以良好地抑制围岩塑性区范围等，是小净距大断面城市隧道施工方法的首选。在小间距大断面隧道的建设中，提出选用半步CD法施工，可为类似工程的设计和施工提供参考，并对城市隧道的设计施工有重要的意义。此外将数值计算结果和现场监测数据进行对比分析，表明了在Ⅴ级围岩级条件下，位移监测数据和工程实践证明浆水泉隧道采用CD法开挖是合理可行的。　　（3）在浆水泉隧道同一围岩条件下，建立双向八车道大断面连拱城市隧道数值模型，根据数值计算结果得出大断面连拱城市隧道在使用三导洞法施工时，由于隧道间距小，在后行隧道施工过程中，围岩的位移量逐渐增大，且在后行隧道施工结束后，后行隧道的位移量比先行隧道小，且在中间隔墙的上端出现位移重叠的情况。因为连拱隧道是两段纵向施工，在先行洞开挖完成后其周边围岩在后行洞推进开挖过程中，围岩应力受到的影响较小，仅受同一开挖段的相互影响。在隧道施工过程中，中隔墙既要承担来自于洞顶的荷载，又要承担来自不同方向的施工荷载。　　（4）针对大断面连拱城市隧道，比较分析了三导洞法和CRD法两种施工工法。就围岩变形控制而言，三导洞法与CRD法都可以达到安全施工的目的，但前者稍有优越性。根据隧道的围岩应力，CRD法最大拉应力是双侧壁导坑法最大拉应力的1.7倍。三导洞法因其施工要求较高，在隧道工程中，经常会出现拆除和更换临时支护的情况；而CRD采用左右线对称开挖，施工步序相对较少，更利于隧道的安全快速施工。　　（5）在同一施工工法下对大断面城市隧道的小净距隧道和连拱隧道这两种不同建设形式进行了比较。从围岩位移、地表沉降、围岩塑性区和初支应力等四个方面分析了大断面小净距隧道和大断面连拱隧道两者的不同，连拱隧道相较于小净距隧道受力更加复杂，围岩位移变形更大，同时地表沉降更加明显。从围岩塑性区范围来看，连拱隧道的塑性区范围稍大，连拱隧道的拱肩塑性区范围更大，且主要集中在中隔墙的上部和基底位置，但总体屈服范围仍然可控。小净距隧道中初支压应力较大的位置主要分布在拱腰、拱肩位置，拉应力较大点主要分布在拱底；连拱隧道中初支压应力较大的位置主要集中在中隔墙上方，拉应力主要分布在拱顶位置。此外针对大断面小净距隧道和连拱隧道给出了相应的施工建议和措施，以期来更好地指导大断面城市隧道的施工。
作者：	周博发
专业：	土木工程;结构工程
导师：	徐林生
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023